JP2002246671A - Method of manufacturing magnetic detection element - Google Patents

Method of manufacturing magnetic detection element

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JP2002246671A JP2001125619A JP2001125619A JP2002246671A JP 2002246671 A JP2002246671 A JP 2002246671A JP 2001125619 A JP2001125619 A JP 2001125619A JP 2001125619 A JP2001125619 A JP 2001125619A JP 2002246671 A JP2002246671 A JP 2002246671A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that a sufficient vertical bias magnetic filed cannot be supplied to a free magnetic layer and the free magnetic layer is difficult to be made into a single magnetic domain by tapering the tip part of a second antiferromagnetic layer in the conventional exchange bias system of a magnetic detection element. SOLUTION: In a bottom-type spin bulb-like thin film element, respective layers are laminated, and a part of the second ferromagnetic layer 31 which is not covered by an electrode layer 33 and a first free magnetic layer 28 is removed with the electrode layer 33 as a mask. Thus, the left tip part 31a of the second ferromagnetic layer 31 is not tapered and a sufficient exchange connection magnetic field can be given to the first free magnetic layer 28. Consequently, the magnetization of the second free magnetic layer 30 can be made into the single magnetic domain.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層の固定
磁化の方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁
化の方向との関係で、電気抵抗が変化する磁気検出素子
に関し、特にエクスチェンジバイアス方式において、縦
バイアス磁界を強くできるとともに、固定磁性層及びフ
リー磁性層の磁化を適切に交叉する方向に向けることが
できる磁気検出素子の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensing element whose electric resistance changes depending on the relationship between the direction of fixed magnetization of a fixed magnetic layer and the direction of magnetization of a free magnetic layer affected by an external magnetic field. The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic sensing element capable of increasing a longitudinal bias magnetic field and appropriately directing magnetizations of a fixed magnetic layer and a free magnetic layer in a crossing direction in a bias method.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気抵抗効果型の磁気検出素子には、磁
気抵抗効果を示す素子を備えたAMR(Anisotropic Ma
gnetoresistive)ヘッドと、巨大磁気抵抗効果を示す素
子を備えたGMR(Giant Magnetoresistive)ヘッドと
がある。AMRヘッドにおいては、磁気抵抗効果を示す
素子が磁性体からなる単層構造とされている。一方、G
MRヘッドにおいては、素子が複数の材料が積層されて
なる多層構造とされている。巨大磁気抵抗効果を生み出
す構造にはいくつかの種類があるが、比較的構造が単純
で、微弱な外部磁界に対して抵抗変化率が高いものとし
てスピンバルブ型薄膜磁気素子がある。
2. Description of the Related Art An AMR (Anisotropic Matrix) having a magnetoresistive effect element is known as a magnetoresistive effect type magnetic sensing element.
gnetoresistive) heads and GMR (Giant Magnetoresistive) heads provided with elements exhibiting a giant magnetoresistance effect. In the AMR head, the element exhibiting the magnetoresistance effect has a single-layer structure made of a magnetic material. On the other hand, G
In the MR head, the element has a multilayer structure in which a plurality of materials are stacked. There are several types of structures that produce the giant magnetoresistance effect. A spin-valve thin-film magnetic element has a relatively simple structure and a high rate of change in resistance to a weak external magnetic field.

【0003】図15は、従来のスピンバルブ型薄膜磁気
素子の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造
を示した断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structure of an example of a conventional spin-valve thin-film magnetic element when viewed from a surface facing a recording medium.

【0004】図15に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁
性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシング
ルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
The spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 15 is a so-called bottom-type single spin-valve thin-film magnetic element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a free magnetic layer are formed one by one. It is.

【0005】図15に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、下から下地層6、反強磁性層1、固定磁性層2、非
磁性材料層3、フリー磁性層4および保護層7で構成さ
れた多層膜9と、この多層膜9の両側に形成された一対
のハードバイアス層(永久磁石層)5,5、及びハード
バイアス層5,5上に形成された一対の電極層8,8と
で構成されている。前記多層膜9の上面の幅寸法によっ
てトラック幅Twが決定される。
The spin-valve type thin-film magnetic element shown in FIG. 15 comprises an underlayer 6, an antiferromagnetic layer 1, a fixed magnetic layer 2, a nonmagnetic material layer 3, a free magnetic layer 4, and a protective layer 7 from below. The multilayer film 9 includes a pair of hard bias layers (permanent magnet layers) 5 and 5 formed on both sides of the multilayer film 9 and a pair of electrode layers 8 and 8 formed on the hard bias layers 5 and 5. It is configured. The track width Tw is determined by the width of the upper surface of the multilayer film 9.

【0006】一般的に前記反強磁性層1には、Fe−M
n合金膜やNi−Mn合金膜が、固定磁性層2およびフ
リー磁性層4には、Ni−Fe合金膜が、非磁性材料層
3には、Cu膜が、ハードバイアス層5、5には、Co
−Pt合金膜が、電極層8、8には、Cr膜やW膜が、
下地層6及び保護層7にはTaが使用される。
Generally, the antiferromagnetic layer 1 is made of Fe-M
The n-alloy film or the Ni-Mn alloy film, the fixed magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 have a Ni-Fe alloy film, the non-magnetic material layer 3 has a Cu film, and the hard bias layers 5 and 5 have , Co
A Pt alloy film, a Cr film or a W film on the electrode layers 8, 8,
Ta is used for the underlayer 6 and the protective layer 7.

【0007】図15に示すように、固定磁性層2の磁化
は、反強磁性層1との交換結合磁界により、Y方向(記
録媒体からの漏れ磁界方向:ハイト方向)に単磁区化さ
れ、フリー磁性層4の磁化は、前記ハードバイアス層
5、5からのバイアス磁界の影響を受けて図示X方向
(トラック幅方向)に揃えられる。
As shown in FIG. 15, the magnetization of the fixed magnetic layer 2 is converted into a single magnetic domain in the Y direction (the direction of the leakage magnetic field from the recording medium: the height direction) by the exchange coupling magnetic field with the antiferromagnetic layer 1. The magnetization of the free magnetic layer 4 is aligned in the illustrated X direction (track width direction) under the influence of the bias magnetic field from the hard bias layers 5,5.

【0008】すなわち、固定磁性層2の磁化とフリー磁
性層4の磁化はほぼ直交するように調整される。
That is, the magnetization of the fixed magnetic layer 2 and the magnetization of the free magnetic layer 4 are adjusted to be substantially orthogonal.

【0009】このスピンバルブ型薄膜素子では、前記電
極層8,8から、固定磁性層2、非磁性材料層3および
フリー磁性層4に検出電流(センス電流)が与えられ
る。記録媒体からの漏れ磁界方向がY方向に与えられる
と、フリー磁性層4の磁化がX方向からY方向に向けて
変化する。このフリー磁性層4内での磁化方向の変動
と、固定磁性層2の固定磁化方向との関係で、電気抵抗
が変化(これを磁気抵抗効果という)し、この電気抵抗
値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ
磁界が検出される。
In this spin-valve thin-film element, a detection current (sense current) is applied to the fixed magnetic layer 2, the non-magnetic material layer 3, and the free magnetic layer 4 from the electrode layers 8, 8. When the direction of the leakage magnetic field from the recording medium is given in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 4 changes from the X direction to the Y direction. The electric resistance changes (this is called a magnetoresistance effect) due to the relationship between the change in the magnetization direction in the free magnetic layer 4 and the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 2, and the voltage based on the change in the electric resistance value is changed. Due to the change, a leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0010】しかしながら図15に示すスピンバルブ型
薄膜素子であると、高記録密度化に適切に対応できない
といった問題があった。
However, the spin-valve thin-film element shown in FIG. 1 has a problem that it cannot appropriately cope with high recording density.

【0011】すなわち固定磁性層2の磁化は、上述した
ように、図示Y方向に単磁区化されて固定されている
が、前記固定磁性層2の両側には、X方向に磁化されて
いるハードバイアス層5,5が設けられている。そのた
め特に、固定磁性層2の両側端部の磁化が、前記ハード
バイアス層5,5からのバイアス磁界の影響を受け、図
示Y方向に固定されなくなっている。
That is, as described above, the magnetization of the fixed magnetic layer 2 is fixed as a single magnetic domain in the Y direction in the figure, but the hard magnetic layers magnetized in the X direction are provided on both sides of the fixed magnetic layer 2. Bias layers 5 and 5 are provided. Therefore, in particular, the magnetization at both end portions of the fixed magnetic layer 2 is not fixed in the Y direction in the drawing due to the influence of the bias magnetic field from the hard bias layers 5 and 5.

【0012】従って前記ハードバイアス層5,5のX方
向の磁化を受けて、X方向に単磁区化されているフリー
磁性層4の磁化と固定磁性層2の磁化とは、前記多層膜
9の両側端部付近では、直交関係にない。しかも、フリ
ー磁性層4の両側端部付近における磁化は、ハードバイ
アス層5,5からの強い磁化の影響を受けるため固定さ
れやすく、外部磁界に対して磁化が変動しにくくなって
おり、図15に示すように、多層膜9の側端部付近に
は、再生感度の悪い不感領域が形成される。
Accordingly, upon receiving the magnetization of the hard bias layers 5 and 5 in the X direction, the magnetization of the free magnetic layer 4 and the magnetization of the fixed magnetic layer 2 which are single-domain in the X direction become the magnetization of the multilayer film 9. There is no orthogonal relationship near both ends. In addition, the magnetization near both ends of the free magnetic layer 4 is easily fixed because it is affected by the strong magnetization from the hard bias layers 5 and 5, and the magnetization hardly fluctuates with an external magnetic field. As shown in FIG. 7, near the side end of the multilayer film 9, a dead area with poor reproduction sensitivity is formed.

【0013】このため前記多層膜9のうち、不感領域を
除いた中央部分の領域が、実質的に記録媒体の再生に寄
与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域(実質的なトラ
ック幅)となるが、この感度領域の幅は不感領域のばら
つきのために正確な幅で画定することが困難になってい
る。そのため、今後の高記録密度化による狭トラック化
に適切に対応することが困難になる。
Therefore, the central region of the multilayer film 9 excluding the dead region substantially contributes to the reproduction of the recording medium, and has a sensitivity region (substantial track width) where the magnetoresistive effect is exhibited. However, it is difficult to define the width of the sensitive region with an accurate width due to variations in the dead region. Therefore, it is difficult to appropriately cope with a narrower track due to a higher recording density in the future.

【0014】そこで上記問題点を解決するために改良さ
れたスピンバルブ型薄膜素子が図16である。なお図1
6は一製造工程を示している。また図15と同一符号は
同じ層を示している。
FIG. 16 shows a spin-valve type thin film element improved to solve the above problem. FIG. 1
6 shows one manufacturing process. The same reference numerals as those in FIG. 15 indicate the same layers.

【0015】このスピンバルブ型薄膜素子では、フリー
磁性層4の両側端部4a,4aが一部除去され、その除
去された部分に強磁性層13,13が形成されている。
またリフトオフ用のレジスト層12を用い、前記強磁性
層13,13上に第2の反強磁性層10及び電極層8が
連続成膜されている。前記第2の反強磁性層10は反強
磁性材料で形成される。前記強磁性層13は例えばNi
Fe合金膜である。
In this spin-valve type thin film element, both end portions 4a of the free magnetic layer 4 are partially removed, and the ferromagnetic layers 13 are formed in the removed portions.
Further, a second antiferromagnetic layer 10 and an electrode layer 8 are continuously formed on the ferromagnetic layers 13 and 13 by using a resist layer 12 for lift-off. The second antiferromagnetic layer 10 is formed of an antiferromagnetic material. The ferromagnetic layer 13 is made of, for example, Ni.
It is an Fe alloy film.

【0016】図16に示すスピンバルブ型薄膜素子は、
いわゆるエクスチェンジバイアス方式によって前記フリ
ー磁性層に縦バイアス磁界を与える方法である。エクス
チェンジバイアス方式では、前記第2の反強磁性層10
と強磁性層13間で交換結合磁界を発生させ、前記強磁
性層13とフリー磁性層4間の強磁性結合により前記フ
リー磁性層4に図示X方向の縦バイアス磁界を供給する
のである。
The spin-valve type thin film element shown in FIG.
In this method, a vertical bias magnetic field is applied to the free magnetic layer by a so-called exchange bias method. In the exchange bias method, the second antiferromagnetic layer 10
An exchange coupling magnetic field is generated between the ferromagnetic layer 13 and the ferromagnetic layer 13, and a longitudinal bias magnetic field in the illustrated X direction is supplied to the free magnetic layer 4 by ferromagnetic coupling between the ferromagnetic layer 13 and the free magnetic layer 4.

【0017】このエクスチェンジバイアス方式を使用す
ると、図15のスピンバルブ型薄膜素子のように不感領
域が形成されず、今後の高記録密度化において、トラッ
ク幅Twの画定を正確に且つ容易に行うことができると
考えられた。
When this exchange bias method is used, a dead area is not formed unlike the spin-valve type thin film element shown in FIG. 15, so that the track width Tw can be accurately and easily defined in a future high recording density. Was thought to be possible.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図16に
示すスピンバルブ型薄膜素子においても以下のような課
題が発生した。
However, the spin valve type thin film device shown in FIG. 16 also has the following problems.

【0019】すなわち図16に示すように、リフトオフ
用のレジスト層12を用いて成膜された第2の反強磁性
層10の先端部10a,10aは先細るため、この先端
部10aと強磁性層13間で発生する交換結合磁界は非
常に小さくなる。特に前記先端部10aの膜厚は約50
Åより小さくなると交換結合磁界が全く発生しない。従
って、先細った前記先端部10a下に位置するフリー磁
性層4には十分な縦バイアス磁界は供給されず、よって
トラック幅Tw間のフリー磁性層4は弱い縦バイアス磁
界のために単磁区化されにくく、バルクハウゼンノイズ
の発生などの問題が生じる。
That is, as shown in FIG. 16, the tips 10a, 10a of the second antiferromagnetic layer 10 formed by using the lift-off resist layer 12 are tapered, so that the tips 10a The exchange coupling magnetic field generated between the layers 13 is very small. In particular, the thickness of the tip 10a is about 50
If it is smaller than Å, no exchange coupling magnetic field is generated. Therefore, a sufficient vertical bias magnetic field is not supplied to the free magnetic layer 4 located below the tapered tip portion 10a, and the free magnetic layer 4 between the track widths Tw is formed into a single magnetic domain due to a weak vertical bias magnetic field. This causes problems such as generation of Barkhausen noise.

【0020】また前記先端部10aの下に形成されたフ
リー磁性層4の両側端部の磁化は、強くトラック幅方向
にピン止めされていないために外部磁界に対して揺らぎ
やすくなり、いわゆるサイドリーディングの問題が発生
する。
Further, the magnetization of the both ends of the free magnetic layer 4 formed under the tip portion 10a tends to fluctuate with respect to an external magnetic field because it is not strongly pinned in the track width direction. Problems occur.

【0021】またエクスチェンジバイアス方式によりフ
リー磁性層4の磁化を制御する方法であると、第1の反
強磁性層1と固定磁性層2間に交換結合磁界を発生させ
る工程と、第2の反強磁性層10と強磁性層13間に交
換結合磁界を発生させる工程の2つの交換結合磁界の発
生工程があるため、これら工程時における熱処理温度や
印加磁場の大きさ及び方向を適切に調整しないと、固定
磁性層2とフリー磁性層4の磁化をそれぞれ交叉する方
向に適切に向けることができない。
According to the method of controlling the magnetization of the free magnetic layer 4 by the exchange bias method, a step of generating an exchange coupling magnetic field between the first antiferromagnetic layer 1 and the fixed magnetic layer 2 is performed. Since there are two steps of generating an exchange coupling magnetic field between the ferromagnetic layer 10 and the ferromagnetic layer 13, the heat treatment temperature and the magnitude and direction of the applied magnetic field in these steps are not appropriately adjusted. Therefore, the magnetizations of the pinned magnetic layer 2 and the free magnetic layer 4 cannot be appropriately directed in the directions of crossing each other.

【0022】そこで本発明は、上記の課題を解決するた
めになされたものであって、特に第2の反強磁性層の先
端部の先細りを無くして大きな縦バイアス磁界を発生さ
せることができ、しかもフリー磁性層と固定磁性層の磁
化を適切に交叉する方向に向けることが可能な磁気検出
素子の製造方法を提供すること目的としている。
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and in particular, it is possible to generate a large vertical bias magnetic field by eliminating the taper at the tip of the second antiferromagnetic layer. Moreover, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a magnetic sensing element capable of appropriately directing the magnetizations of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer to cross each other.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明における磁気検出
素子の製造方法は、(a)基板上に、第1の反強磁性層
と固定磁性層と非磁性材料層と、下から第1のフリー磁
性層、非磁性中間層及び第2のフリー磁性層の順に積層
されたフリー磁性層と、第2の反強磁性層とを順次積層
して積層体を形成する工程と、(b)前記積層体にトラ
ック幅方向と直交する方向である第1の磁界を印加しつ
つ、第1の熱処理温度で熱処理し、前記第1の反強磁性
層および第2の反強磁性層に交換結合磁界を発生させ
て、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を前
記直交する方向に固定すると共に、前記第1の反強磁性
層の交換結合磁界を前記第2の反強磁性層の交換結合磁
界よりも大とする工程と、(c)トラック幅方向に前記
(b)工程での第2の反強磁性層の交換結合磁界よりも
大きく、且つ前記第1の反強磁性層の交換結合磁界より
も小さい第2の磁界を印加しつつ、前記第1の熱処理温
度よりも高い第2の熱処理温度で熱処理し、前記フリー
磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向の縦
バイアス磁界を付与する工程と、(d)前記積層体上
に、一定の間隔を空けて一対の電極層を形成する工程
と、(e)前記一対の電極層間から露出する前記積層体
を、前記第2のフリー磁性層の途中まで除去する工程
と、を有することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a magnetic sensing element, comprising the steps of (a) forming a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, and a first Forming a stacked body by sequentially stacking a free magnetic layer, a non-magnetic intermediate layer, and a second free magnetic layer, in that order, and a second antiferromagnetic layer; Heat treatment is performed at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field in a direction orthogonal to the track width direction to the stacked body, and an exchange coupling magnetic field is applied to the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer. Is generated to fix the magnetizations of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer in the orthogonal direction, and to change the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer to the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer. (C) in the track width direction in the step (b). A second heat treatment higher than the first heat treatment temperature while applying a second magnetic field larger than the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer and smaller than the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer; Heat treating at a temperature to apply a longitudinal bias magnetic field to the free magnetic layer in a direction crossing the magnetization direction of the pinned magnetic layer; and (d) forming a pair of electrode layers on the laminate at a constant interval. And (e) removing the laminated body exposed from between the pair of electrode layers to the middle of the second free magnetic layer.

【0024】本発明では上記(a)工程に示すようにフ
リー磁性層を2層の磁性層間に非磁性中間層を介在させ
た、いわゆるフェリ構造にしている。フェリ構造では、
第1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層の磁化が互い
に反平行状態になる。フェリ構造にすると磁化状態をよ
り安定化させることが可能である。
In the present invention, as shown in the above step (a), the free magnetic layer has a so-called ferri structure in which a non-magnetic intermediate layer is interposed between two magnetic layers. In the ferri structure,
The magnetizations of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are antiparallel to each other. When the ferrimagnetic structure is used, the magnetization state can be further stabilized.

【0025】上記の製造方法によれば、上記の(d)工
程で形成された一対の電極層をマスクとして使用し、前
記電極層に覆われていない第2の反強磁性層、および第
1のフリー磁性層の一部分までを除去する。この製造方
法であると、前記フリー磁性層の上に形成された第2の
反強磁性層の先端部は従来のように先細らず、しかもフ
リー磁性層がフェリ構造にされていることにより、前記
第2の反強磁性層から前記フリー磁性層に十分な縦バイ
アス磁界を供給でき、前記フリー磁性層の単磁区化を適
切に図ることができるとともにサイドリーディングの発
生を抑制できる。
According to the above-described manufacturing method, the second antiferromagnetic layer not covered by the electrode layer and the first antiferromagnetic layer using the pair of electrode layers formed in the step (d) as a mask are used. To a part of the free magnetic layer. According to this manufacturing method, the tip of the second antiferromagnetic layer formed on the free magnetic layer does not taper as in the related art, and the free magnetic layer has a ferrimagnetic structure. A sufficient longitudinal bias magnetic field can be supplied from the second antiferromagnetic layer to the free magnetic layer, so that the free magnetic layer can be appropriately made into a single magnetic domain, and the occurrence of side reading can be suppressed.

【0026】従って本発明によれば、今後の高記録密度
化においても、狭トラック化と共にフリー磁性層の単磁
区化を適切に促進でき、バルクハウゼンノイズの発生を
適切に抑制可能な磁気検出素子を製造することができ
る。
Therefore, according to the present invention, even in a future increase in recording density, it is possible to appropriately promote the formation of a single magnetic domain in the free magnetic layer while narrowing the track, and to appropriately suppress the occurrence of Barkhausen noise. Can be manufactured.

【0027】次に本発明では、上記(b)及び(c)工
程に示す方法によりフリー磁性層及び固定磁性層の磁化
を適切に交叉する方向に調整することが可能である。
Next, in the present invention, it is possible to adjust the magnetizations of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer in the direction in which they cross appropriately by the method shown in the above steps (b) and (c).

【0028】まず前記(b)工程では、第1の熱処理温
度で熱処理を施すことで、第1の反強磁性層及び第2の
反強磁性層に交換結合磁界を発生させ、前記固定磁性層
及びフリー磁性層の磁化を共に第1の印加磁界方向(ハ
イト方向)に固定する。このとき、前記第1の反強磁性
層の交換結合磁界が第2の反強磁性層の交換結合磁界よ
りも大きくなるようにする。これは前記第1の反強磁性
層を第2の反強磁性層よりも下側に形成する、いわゆる
ボトム型スピンバルブ型薄膜素子の構造としたり、前記
第1の反強磁性層の組成比を適切に調整することで達成
することができる。
First, in the step (b), heat treatment is performed at a first heat treatment temperature to generate an exchange coupling magnetic field in the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer. The magnetization of both the free magnetic layer and the free magnetic layer is fixed in the first applied magnetic field direction (height direction). At this time, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer is set to be larger than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer. This has a structure of a so-called bottom-type spin-valve thin film element in which the first antiferromagnetic layer is formed below the second antiferromagnetic layer, or a composition ratio of the first antiferromagnetic layer. Can be achieved by appropriately adjusting

【0029】次に前記(c)工程では、前記(b)工程
での第2の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きく、且
つ前記第1の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さい第
2の磁界をトラック幅方向に印加する。このときの熱処
理温度(第2の熱処理温度)は第1の熱処理温度よりも
高い温度とする。
Next, in the step (c), the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer in the step (b) is larger than the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer. A second magnetic field is applied in the track width direction. The heat treatment temperature (second heat treatment temperature) at this time is higher than the first heat treatment temperature.

【0030】この工程では、前記固定磁性層の磁化は、
第2の印加磁界の大きさが前記(b)工程での前記第1
の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さいことで変動せ
ず、トラック幅方向と直交する方向(ハイト方向)に固
定されたままである。
In this step, the magnetization of the fixed magnetic layer is
The magnitude of the second applied magnetic field is equal to the first magnitude in the step (b).
Is smaller than the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer, and remains fixed in a direction (height direction) orthogonal to the track width direction.

【0031】一方、前記フリー磁性層の磁化は、第2の
印加磁界の大きさが前記(b)工程での第2の反強磁性
層の交換結合磁界よりも大きいことで、印加磁場方向で
あるトラック幅方向に変動し、また熱処理温度が第1の
熱処理温度よりも高いことで第2の反強磁性層からは前
記(b)工程よりも大きい交換結合磁界が発生し、前記
フリー磁性層の磁化は適切にトラック幅方向に揃えられ
るのである。
On the other hand, the magnetization of the free magnetic layer depends on the direction of the applied magnetic field because the magnitude of the second applied magnetic field is larger than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer in the step (b). Since the magnetic flux fluctuates in a certain track width direction and the heat treatment temperature is higher than the first heat treatment temperature, an exchange coupling magnetic field larger than that in the step (b) is generated from the second antiferromagnetic layer. Are appropriately aligned in the track width direction.

【0032】以上のように本発明における磁気検出素子
の製造方法によれば、前記第2の反強磁性層の先端部が
従来に比べて先細らないようにでき、しかも前記フリー
磁性層がフェリ構造で形成されていることで前記フリー
磁性層に大きな縦バイアス磁界を供給でき、前記フリー
磁性層の単磁区化を促進できると共に、前記フリー磁性
層及び固定磁性層の磁化が適切に交叉するように調整す
ることが可能である。
As described above, according to the method of manufacturing the magnetic sensing element of the present invention, the tip of the second antiferromagnetic layer can be made not to be tapered as compared with the related art, and the free magnetic layer can be made of ferrimagnetic material. By having such a structure, a large longitudinal bias magnetic field can be supplied to the free magnetic layer, and the single magnetic domain of the free magnetic layer can be promoted, and the magnetizations of the free magnetic layer and the pinned magnetic layer appropriately cross each other. It is possible to adjust.

【0033】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法は、基板上に、第1の反強磁性層と、固定磁
性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層と、第2の反強
磁性層とを順次積層して積層体を形成し、前記積層体を
熱処理する方法であるので、前記積層体を形成するに際
し、前記基板と前記第2の反強磁性層との間に形成され
る各層の表面を大気に触れさせることがなく、前記各層
の表面が大気に触れた場合のように、大気に触れた表面
をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングして
からその上の層を形成する必要がないため、容易に磁気
検出素子を製造することができる。また、再現性が良好
な製造方法とすることができる。さらに、前記各層の表
面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングす
る必要がないため、再付着物によるコンタミや、表面の
結晶状態の乱れによる交換結合磁界の発生に対する悪影
響など、クリーニングすることに起因する不都合が生じ
ない優れた製造方法とすることができる。
Further, the above-described method for manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element comprises the steps of: providing a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a free magnetic layer, Since the stacked body is formed by sequentially stacking the antiferromagnetic layers to form a stacked body and heat-treating the stacked body, when the stacked body is formed, the space between the substrate and the second antiferromagnetic layer is formed. The surface of each layer to be formed is not exposed to the atmosphere, and as in the case where the surface of each layer is exposed to the atmosphere, the surface that has been exposed to the air is cleaned by ion milling or reverse sputtering, and then the layer thereon is removed. Since it is not necessary to form, the magnetic sensing element can be easily manufactured. Further, a manufacturing method with good reproducibility can be obtained. Further, since it is not necessary to clean the surface of each layer by ion milling or reverse sputtering, there are disadvantages caused by cleaning such as contamination due to reattachment and adverse effects on generation of an exchange coupling magnetic field due to disorder of the crystal state of the surface. An excellent manufacturing method that does not cause generation can be obtained.

【0034】また本発明では、前記(a)工程におい
て、前記第2の反強磁性層の上に前記(d)工程の一対
の電極層を形成し、前記(c)工程の次に前記(e)工
程を行ってもよい。
In the present invention, in the step (a), a pair of electrode layers of the step (d) is formed on the second antiferromagnetic layer, and the step (c) is followed by the step (c). e) A step may be performed.

【0035】また本発明では、前記一対の電極層をリフ
トオフ用レジスト層を用いて形成することが好ましい。
前記リフトオフ用レジスト層の下面のトラック幅方向の
幅寸法を適切に調整することで、高記録密度化において
も狭トラック化が可能な磁気検出素子を製造することが
可能である。
In the present invention, it is preferable that the pair of electrode layers is formed using a lift-off resist layer.
By appropriately adjusting the width dimension of the lower surface of the lift-off resist layer in the track width direction, it is possible to manufacture a magnetic sensing element capable of narrowing the track even at a high recording density.

【0036】また本発明では、前記(e)工程におい
て、前記積層体を非磁性中間層の途中まで除去してもよ
い。かかる場合、前記第2の反強磁性層の下ではフェリ
構造のフリー磁性層に大きな縦バイアス磁界が与えら
れ、前記フリー磁性層の単磁区化を図ることができると
共に、前記非磁性中間層が、いわゆるバックド層となり
スピンフィルター効果によって、大きなΔMR(抵抗変
化率)を得ることができ、今後の高記録密度化に対応可
能な磁気検出素子を製造することが可能である。
Further, in the present invention, in the step (e), the laminate may be removed partway through the non-magnetic intermediate layer. In such a case, a large longitudinal bias magnetic field is applied to the free magnetic layer having a ferrimagnetic structure under the second antiferromagnetic layer, so that the free magnetic layer can be made into a single magnetic domain, and the nonmagnetic intermediate layer is formed. It becomes a so-called backed layer, a large ΔMR (resistance change rate) can be obtained by the spin filter effect, and it is possible to manufacture a magnetic sensing element capable of coping with a higher recording density in the future.

【0037】また本発明では、前記第1の反強磁性層お
よび前記第2の反強磁性層に、Pt、Pd、Rh、R
u、Ir、Os、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、A
r、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2種以上
の元素と、Mnとを含む合金を用いることが好ましい。
In the present invention, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer have Pt, Pd, Rh, R
u, Ir, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ne, A
It is preferable to use an alloy including Mn and at least one or more of r, Xe, and Kr.

【0038】ところで本発明では、フリー磁性層が積層
フェリ構造であり、しかもエクスチェンジバイアス方式
によって前記フリー磁性層を構成する第2のフリー磁性
層に縦バイアス磁界が供給されて、前記第2のフリー磁
性層がトラック幅方向の一方向に磁化されると、前記第
1のフリー磁性層と第2のフリー磁性層間に働くRKK
Y相互作用によって前記第1のフリー磁性層は、前記第
2のフリー磁性層と反平行に磁化される。
In the present invention, the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure, and a vertical bias magnetic field is supplied to the second free magnetic layer constituting the free magnetic layer by an exchange bias method. When the magnetic layer is magnetized in one direction in the track width direction, RKK acting between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer
The first free magnetic layer is magnetized antiparallel to the second free magnetic layer by the Y interaction.

【0039】この反平行磁化状態を適切に保つには、前
記第1のフリー磁性層及び第2のフリー磁性層の材質を
改良して前記第1のフリー磁性層及び第2のフリー磁性
層間に働くRKKY相互作用における交換結合磁界を大
きくする必要性がある。
In order to appropriately maintain the antiparallel magnetization state, the materials of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are improved so that the first free magnetic layer and the second free magnetic layer can be interposed between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer. There is a need to increase the exchange coupling field in the working RKKY interaction.

【0040】磁性材料としてよく使用されるものにNi
Fe合金がある。NiFe合金は軟磁気特性に優れるた
め従来からフリー磁性層などに使用されていたが、前記
フリー磁性層を積層フェリ構造にした場合、NiFe合
金で形成された第1及び第2のフリー磁性層間の反平行
結合力はさほど強くはない。
A material often used as a magnetic material is Ni.
There is an Fe alloy. A NiFe alloy has been conventionally used for a free magnetic layer or the like because of its excellent soft magnetic properties. However, when the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure, a NiFe alloy between the first and second free magnetic layers formed of the NiFe alloy is used. The anti-parallel coupling force is not very strong.

【0041】そこで本発明では、前記第1のフリー磁性
層及び第2のフリー磁性層の材質を改良し、前記第1の
フリー磁性層と第2のフリー磁性層間の反平行結合力を
強め、第1の反強磁性層と第2のフリー磁性層間に働く
交換結合磁界との相乗効果によって、トラック幅方向の
両側に位置する第1及び第2のフリー磁性層の両側端部
が外部磁界に対し揺らがないようにし、サイドリーディ
ングの発生を適切に抑制できるようにすべく、少なくと
も前記第1のフリー磁性層及び第2のフリー磁性層の一
方、好ましくは両方にCoFeNi合金を使用すること
としたのである。Coを含有させることで上記の反平行
結合力を強めることができる。
Therefore, in the present invention, the materials of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are improved, and the antiparallel coupling force between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is increased. Due to the synergistic effect of the exchange coupling magnetic field acting between the first antiferromagnetic layer and the second free magnetic layer, both ends of the first and second free magnetic layers located on both sides in the track width direction are exposed to an external magnetic field. On the other hand, a CoFeNi alloy is used for at least one of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, and preferably both, in order to prevent fluctuation and to appropriately suppress the occurrence of side reading. It is. By containing Co, the above antiparallel coupling force can be strengthened.

【0042】図14は、フリー磁性層を積層フェリ構造
にした場合のヒステリシスループの概念図である。例え
ば第1のフリー磁性層(F1)の単位面積あたりの磁気
モーメント(飽和磁化Ms×膜厚t)は第2のフリー磁
性層(F2)の単位面積あたりの磁気モーメントよりも
大きいとする。また外部磁界を図示右方向に与えたとす
る。
FIG. 14 is a conceptual diagram of a hysteresis loop when the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure. For example, it is assumed that the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer (F1) (saturation magnetization Ms × film thickness t) is larger than the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer (F2). It is also assumed that an external magnetic field is applied in the right direction in the figure.

【0043】第1のフリー磁性層の単位面積あたりの磁
気モーメントと第2のフリー磁性層の単位面積あたりの
磁気モーメントとのベクトル和(|Ms・t(F1)+
Ms・t(F2)|)で求めることができる単位面積あ
たりの合成磁気モーメントは、0磁界から外部磁界を大
きくしていってもある時点までは、一定の大きさであ
る。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定の
大きさである外部磁界領域Aでは、前記第1のフリー磁
性層と第2のフリー磁性層間に働く反平行結合力が、前
記外部磁界よりも強いので、前記第1及び第2のフリー
磁性層の磁化は適切に単磁区化されて反平行状態に保た
れている。
The vector sum of the magnetic moment per unit area of the first free magnetic layer and the magnetic moment per unit area of the second free magnetic layer (| Ms · t (F1) +
The composite magnetic moment per unit area, which can be obtained by Ms · t (F2) |), is constant from the zero magnetic field to a certain point even when the external magnetic field is increased. In the external magnetic field region A where the combined magnetic moment per unit area is constant, the antiparallel coupling force acting between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is stronger than the external magnetic field. The magnetizations of the first and second free magnetic layers are appropriately made into a single magnetic domain and maintained in an antiparallel state.

【0044】ところが、さらに図示右方向への外部磁界
を大きくしていくと、フリー磁性層の単位面積あたりの
合成磁気モーメントは傾斜角を有して大きくなってい
く。これは、前記外部磁界の方が、前記第1のフリー磁
性層及び第2のフリー磁性層間に働く反平行結合力より
も強いから、単磁区化していた第1のフリー磁性層と第
2のフリー磁性層の磁化が分散して多磁区化状態とな
り、ベクトル和で求めることができる単位面積あたりの
合成磁気モーメントが大きくなっていくのである。この
単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなってい
く外部磁界領域Bでは、もはや前記フリー磁性層の反平
行状態は崩れた状態にある。この単位面積あたりの合成
磁気モーメントが大きくなり始める出発点の外部磁界の
大きさをスピンフロップ磁界(Hsf)と呼んでいる。
However, when the external magnetic field is further increased in the right direction in the figure, the combined magnetic moment per unit area of the free magnetic layer increases with an inclination angle. This is because the external magnetic field is stronger than the antiparallel coupling force acting between the first free magnetic layer and the second free magnetic layer, so that the first free magnetic layer and the second The magnetization of the free magnetic layer is dispersed to form a multi-domain state, and the resultant magnetic moment per unit area, which can be obtained by the vector sum, increases. In the external magnetic field region B where the combined magnetic moment per unit area increases, the antiparallel state of the free magnetic layer is no longer in a state of being collapsed. The magnitude of the external magnetic field at the starting point where the combined magnetic moment per unit area starts to increase is called a spin-flop magnetic field (Hsf).

【0045】さらに図示右方向の外部磁界を大きくして
いくと、第1のフリー磁性層及び第2のフリー磁性層の
磁化は、再び単磁区化され、今度は外部磁界領域Aの場
合と違って、共に図示右方向に磁化され、この外部磁界
領域Cでの単位面積あたりの合成磁気モーメントは一定
値となる。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが
一定値となる時点での外部磁界の大きさを飽和磁界(H
s)と呼んでいる。
When the external magnetic field in the right direction in the figure is further increased, the magnetizations of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are changed to single magnetic domains again, which is different from the case of the external magnetic field region A. Both are magnetized in the right direction in the figure, and the resultant magnetic moment per unit area in the external magnetic field region C has a constant value. The magnitude of the external magnetic field at the time when the resultant magnetic moment per unit area becomes a constant value is defined as the saturation magnetic field (H
s).

【0046】本発明では、前記CoFeNi合金を第1
のフリー磁性層及び第2のフリー磁性層に使用すると、
NiFe合金を使用した場合に比べて反平行状態が崩れ
るときの磁界、いわゆるスピンフロップ磁界(Hsf)
を十分に大きくできることがわかった。
In the present invention, the CoFeNi alloy is first
When used for the free magnetic layer and the second free magnetic layer,
A magnetic field when the antiparallel state collapses as compared with the case where the NiFe alloy is used, so-called spin-flop magnetic field (Hsf)
Was found to be sufficiently large.

【0047】本発明では、第1及び第2のフリー磁性層
にNiFe合金(比較例)及びCoFeNi合金(実施
例)を用いて上記したスピンフロップ磁界の大きさを求
めるための実験を以下の膜構成を用いて行った。
In the present invention, the following experiments were performed to determine the magnitude of the spin-flop magnetic field using a NiFe alloy (Comparative Example) and a CoFeNi alloy (Example) for the first and second free magnetic layers. Performed using the configuration.

【0048】基板/非磁性材料層(Cu)/第1のフリ
ー磁性層(2.4)/非磁性中間層(Ru)/第2のフ
リー磁性層(1.4)。なお括弧書きは膜厚を示し単位
はnmである。
Substrate / non-magnetic material layer (Cu) / first free magnetic layer (2.4) / non-magnetic intermediate layer (Ru) / second free magnetic layer (1.4). Note that the parentheses indicate the film thickness and the unit is nm.

【0049】比較例での第1のフリー磁性層及び第2の
フリー磁性層には、Niの組成比が80原子%でFeの
組成比が20原子%からなるNiFe合金を使用した。
このときのスピンフロップ磁界(Hsf)は約59(k
A/m)であった。
For the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the comparative example, a NiFe alloy containing 80 atomic% of Ni and 20 atomic% of Fe was used.
The spin flop magnetic field (Hsf) at this time is about 59 (k
A / m).

【0050】次に実施例での第1のフリー磁性層及び第
2のフリー磁性層には、Coの組成比が87原子%で、
Feの組成比が11原子%で、Niの組成比が2原子%
からなるCoFeNi合金を使用した。このときのスピ
ンフロップ磁界(Hsf)は約293(kA/m)であ
った。
Next, in the first free magnetic layer and the second free magnetic layer in the embodiment, the composition ratio of Co is 87 atomic%, and
Fe composition ratio is 11 atomic%, Ni composition ratio is 2 atomic%
A CoFeNi alloy consisting of At this time, the spin-flop magnetic field (Hsf) was about 293 (kA / m).

【0051】このように第1のフリー磁性層及び第2の
フリー磁性層にはNiFe合金を用いるよりもCoFe
Ni合金を用いる方が、スピンフロップ磁界を効果的に
向上させることができることがわかった。
As described above, the first free magnetic layer and the second free magnetic layer use CoFe rather than using a NiFe alloy.
It has been found that the use of a Ni alloy can effectively improve the spin-flop magnetic field.

【0052】次に、CoFeNi合金の組成比について
説明する。CoFeNi合金は、非磁性中間層であるR
u層と接することでNiFe合金を用いる場合より、磁
歪が1×6-6〜6×10-6程度、正側にシフトすること
がわかっている。
Next, the composition ratio of the CoFeNi alloy will be described. The CoFeNi alloy has a non-magnetic intermediate layer R
It has been found that the magnetostriction shifts to the positive side by about 1 × 6 −6 to 6 × 10 −6 by using the NiFe alloy in contact with the u layer.

【0053】前記磁歪は−3×10-6から3×10-6
範囲内であることが好ましい。また保磁力は790(A
/m)以下であることが好ましい。磁歪が大きいと、成
膜ひずみや、他層間での熱膨張係数の差などによって応
力の影響を受けやすくなるから前記磁歪は低いことが好
ましい。また保磁力は低いことが好ましく、これによっ
てフリー磁性層の外部磁界に対する磁化反転を良好にす
ることができる。
The magnetostriction is preferably in the range of -3 × 10 -6 to 3 × 10 -6 . The coercive force is 790 (A
/ M) or less. When the magnetostriction is large, the magnetostriction is preferably low because the film is susceptible to stress due to film formation strain and a difference in thermal expansion coefficient between other layers. Further, the coercive force is preferably low, so that the magnetization reversal of the free magnetic layer with respect to an external magnetic field can be improved.

【0054】本発明では、非磁性材料層/第1のフリー
磁性層/非磁性中間層/第2のフリー磁性層の膜構成で
形成されるとき、前記CoFeNiのFe組成比は9原
子%以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原
子%以上で10原子%以下で、残りの組成比はCoであ
ることが好ましい。Feの組成比が17原子%よりも大
きくなると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなる
と共に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
In the present invention, when formed in a film configuration of nonmagnetic material layer / first free magnetic layer / nonmagnetic intermediate layer / second free magnetic layer, the Fe composition ratio of CoFeNi is 9 atomic% or more. Is preferably 17 atomic% or less, the composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less, and the remaining composition ratio is preferably Co. If the composition ratio of Fe is more than 17 atomic%, the magnetostriction becomes negative more than -3 × 10 -6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated, which is not preferable.

【0055】またFeの組成比が9原子%よりも小さく
なると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、軟
磁気特性の劣化を招き好ましくない。
When the composition ratio of Fe is less than 9 atomic%, the magnetostriction becomes larger than 3 × 10 −6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated.

【0056】またNiの組成比が10原子%よりも大き
くなると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、
非磁性材料層との間でNiの拡散等による抵抗変化量
(ΔR)及び抵抗変化率(ΔR/R)の低下を招き好ま
しくない。
[0056] Further, when the composition ratio of Ni is larger than 10 atomic%, the magnetostriction becomes larger than 3 × 10 -6,
It is not preferable because the amount of change in resistance (ΔR) and the rate of change in resistance (ΔR / R) due to diffusion of Ni between the nonmagnetic material layer and the like are reduced.

【0057】またNiの組成比が0.5原子%よりも小
さくなると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなっ
て好ましくない。
[0057] Further, when the composition ratio of Ni is less than 0.5 atomic%, the magnetostriction undesirably increases the negative than -3 × 10 -6.

【0058】また上記した組成範囲内であれば保磁力を
790(A/m)以下にすることができる。
The coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less within the above composition range.

【0059】次に本発明では、非磁性材料層/中間層
(CoFe合金)/第1のフリー磁性層/非磁性中間層
/第2のフリー磁性層の膜構成で形成されるとき、前記
CoFeNiのFe組成比は7原子%以上で15原子%
以下で、Niの組成比は5原子%以上で15原子%以下
で、残りの組成比はCoであることが好ましい。Feの
組成比が15原子%よりも大きくなると、磁歪が−3×
10-6よりも負に大きくなると共に軟磁気特性を劣化さ
せて好ましくない。
Next, according to the present invention, when formed in a film configuration of a non-magnetic material layer / intermediate layer (CoFe alloy) / first free magnetic layer / non-magnetic intermediate layer / second free magnetic layer, the CoFeNi Fe composition ratio is more than 7 atomic% and 15 atomic%
Hereinafter, it is preferable that the composition ratio of Ni is not less than 5 atomic% and not more than 15 atomic%, and the remaining composition ratio is Co. When the composition ratio of Fe is larger than 15 atomic%, the magnetostriction becomes −3 ×
Undesirable to deteriorate the soft magnetic properties with negatively larger than 10 -6.

【0060】またFeの組成比が7原子%よりも小さく
なると、磁歪が3×10-6よりも大きくなると共に、軟
磁気特性の劣化を招き好ましくない。
If the composition ratio of Fe is less than 7 atomic%, the magnetostriction becomes larger than 3 × 10 −6 and the soft magnetic characteristics are deteriorated, which is not preferable.

【0061】またNiの組成比が15原子%よりも大き
くなると、磁歪が3×10-6よりも大きくなって好まし
くない。
If the composition ratio of Ni is larger than 15 atomic%, the magnetostriction is larger than 3 × 10 −6, which is not preferable.

【0062】またNiの組成比が5原子%よりも小さく
なると、磁歪が−3×10-6よりも負に大きくなって好
ましくない。
If the composition ratio of Ni is less than 5 atomic%, the magnetostriction becomes undesirably larger than -3 × 10 -6 .

【0063】また上記した組成範囲内であれば保磁力を
790(A/m)以下にすることができる。
The coercive force can be reduced to 790 (A / m) or less within the above composition range.

【0064】なお、CoFeやCoで形成された中間層
はマイナス磁歪を有しているため、前記中間層を第1の
フリー磁性層と非磁性材料層間に介在させない膜構成の
場合に比べて、CoFeNi合金のFe組成をやや少な
くし、Ni組成をやや多くしている。
Since the intermediate layer made of CoFe or Co has minus magnetostriction, the intermediate layer has a smaller thickness than that of a film configuration in which the intermediate layer is not interposed between the first free magnetic layer and the nonmagnetic material layer. The Fe composition of the CoFeNi alloy is slightly reduced, and the Ni composition is slightly increased.

【0065】また上記の膜構成のように、非磁性材料層
と第1のフリー磁性層間にCoFe合金あるいはCoか
らなる中間層を介在させることで、第1のフリー磁性層
と非磁性材料層間での金属元素の拡散をより効果的に防
止することができて好ましい。
Also, as in the above-described film configuration, an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is interposed between the non-magnetic material layer and the first free magnetic layer, so that the first free magnetic layer and the non-magnetic material layer are interposed. It is preferable because the diffusion of the metal element can be more effectively prevented.

【0066】なお本発明では、前記第1のフリー磁性層
及び第2のフリー磁性層の双方を前記CoFeNiで形
成することが好ましい。
In the present invention, it is preferable that both the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are formed of CoFeNi.

【0067】次に、上記した(b)工程及び(c)工程
時の熱処理温度や第1の反強磁性層、第2の反強磁性層
の組成の好ましい範囲について説明する。
Next, preferred ranges of the heat treatment temperature and the composition of the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer in the steps (b) and (c) will be described.

【0068】図12は、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁
気素子とトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子における
反強磁性層の熱処理温度と交換結合磁界との関係を示し
たグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature of the antiferromagnetic layer and the exchange coupling magnetic field in the bottom spin valve thin film magnetic element and the top spin valve thin film magnetic element.

【0069】なお膜組成は、トップ型スピンバルブ型薄
膜磁気素子は、Si基板の上に、Al23(1000)
からなる下地絶縁層、Ta(50)からなる下地層、N
iFe合金(70)およびCo(10)の2層からなる
フリー磁性層、Cu(30)からなる非磁性材料層、C
o(25)からなる固定磁性層、Pt55.4Mn44.6(3
00)からなる反強磁性層、Ta(50)からなる保護
層の順に形成された構成のものである。
The film composition of the top-type spin-valve thin-film magnetic element is such that Al 2 O 3 (1000)
Underlayer made of Ta, underlayer made of Ta (50), N
a free magnetic layer composed of two layers of iFe alloy (70) and Co (10), a nonmagnetic material layer composed of Cu (30), C
a pinned magnetic layer made of o (25), Pt 55.4 Mn 44.6 (3
00) and a protective layer made of Ta (50).

【0070】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子は、Si基板の上に、Al23(1000)からなる
下地絶縁層、Ta(30)からなる下地層、Pt55.4
44 .6(300)からなる反強磁性層、Co(25)か
らなる固定磁性層、Cu(26)からなる非磁性材料
層、Co(10)およびNiFe合金(70)の2層か
らなるフリー磁性層、Ta(50)からなる保護層の順
に形成された構成のものである。なお、カッコ内は各層
の厚さを示し、単位はÅである。
The bottom-type spin-valve thin-film magnetic element is composed of a base insulating layer made of Al 2 O 3 (1000), a base layer made of Ta (30), and Pt 55.4M on a Si substrate.
antiferromagnetic layer made of n 44 .6 (300), consisting of two layers of Co pinned magnetic layer made of (25), Cu nonmagnetic material layer made of (26), Co (10) and an NiFe alloy (70) It has a configuration in which a free magnetic layer and a protective layer made of Ta (50) are formed in this order. The thickness in parentheses indicates the thickness of each layer, and the unit is Δ.

【0071】図12から明らかなように、反強磁性層と
基板との距離が近い(または、固定磁性層の下に反強磁
性層が配置された)ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層(■印)の交換結合磁界は、200℃で
既に発現し、240℃付近で4.74×104(A/
m)を越えている。一方、反強磁性層と基板との距離が
ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子よりも遠い(また
は、固定磁性層の上に反強磁性層が配置された)トップ
型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層(◆印)の
交換結合磁界は、240℃付近で発現し、約260℃付
近においてようやく4.74×104(A/m)を越え
ている。
As is apparent from FIG. 12, the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is short (or the antiferromagnetic layer is disposed below the fixed magnetic layer). The exchange coupling magnetic field of the ferromagnetic layer (marked with ■) has already developed at 200 ° C., and at around 240 ° C., 4.74 × 10 4 (A /
m). On the other hand, the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is farther than the bottom type spin valve thin film magnetic element (or the antiferromagnetic layer is disposed on the fixed magnetic layer). The exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer (marked by ◆) appears at about 240 ° C. and finally exceeds 4.74 × 10 4 (A / m) at about 260 ° C.

【0072】このように、反強磁性層と基板との距離が
近い(または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置され
た)ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層
は、反強磁性層と基板との距離がボトム型スピンバルブ
型薄膜磁気素子よりも遠い(または、固定磁性層の上に
反強磁性層が配置された)トップ型スピンバルブ型薄膜
磁気素子と比較して、比較的低い熱処理温度で高い交換
結合磁界が得られることがわかる。
As described above, the distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is short (or the antiferromagnetic layer is disposed below the fixed magnetic layer). The distance between the antiferromagnetic layer and the substrate is longer than that of the bottom spin-valve thin-film magnetic element (or the top spin-valve thin-film magnetic element in which the antiferromagnetic layer is arranged on the fixed magnetic layer) Thus, it can be seen that a high exchange coupling magnetic field can be obtained at a relatively low heat treatment temperature.

【0073】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
第1の反強磁性層と基板との距離が近いボトム型スピン
バルブ型薄膜磁気素子であり、前記第1の反強磁性層に
使用される材質と同様の材質によって形成された第2の
反強磁性層が第1の反強磁性層よりも基板から遠い位置
に配置されている。
The spin-valve thin film magnetic element of the present invention
A bottom-type spin-valve thin-film magnetic element in which the distance between the first antiferromagnetic layer and the substrate is short, and the second antiferromagnetic layer is formed of a material similar to the material used for the first antiferromagnetic layer. The ferromagnetic layer is located farther from the substrate than the first antiferromagnetic layer.

【0074】したがって、本発明のスピンバルブ型薄膜
磁気素子の製造方法において、例えば、第1の磁界を印
加しつつ、第1の熱処理温度を220以上で245℃以
下とし、前記の積層体を熱処理すると、第1の反強磁性
層および第2の反強磁性層に交換結合磁界が生じ、固定
磁性層とフリー磁性層の磁化方向を同一方向に固定でき
る。またこのとき第1の反強磁性層の交換結合磁界を最
低でも1.58×10 4(A/m)以上得ることがで
き、好ましくは4.74×104(A/m)以上得るこ
とができ、一方、第2の反強磁性層の交換結合磁界を前
記第1の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さくでき、
具体的には、1.58×104(A/m)よりも小さく
できる。
Therefore, the spin-valve type thin film of the present invention
In the method of manufacturing a magnetic element, for example, a first magnetic field is applied.
While the first heat treatment temperature is not lower than 220 and not lower than 245 ° C.
When the laminate is heat-treated, the first antiferromagnetic
Exchange coupling magnetic field is generated in the layer and the second antiferromagnetic layer and is fixed.
The magnetization directions of the magnetic layer and free magnetic layer can be fixed in the same direction.
You. At this time, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer is minimized.
1.58 × 10 even at low Four(A / m) or more
And preferably 4.74 × 10Four(A / m) or more
On the other hand, the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer is
The exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer can be made smaller;
Specifically, 1.58 × 10FourSmaller than (A / m)
it can.

【0075】次に、第1の印加磁界と直交する方向の第
2の磁界を印加しつつ、第2の熱処理温度を250℃以
上で270℃以下とし、前記の積層体を熱処理すると、
第2の反強磁性層の交換結合磁界を3.16×10
4(A/m)以上にでき、先の熱処理にて発生した第2
の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きくなる。したが
って、フリー磁性層の磁化は、前記交換結合磁界の影響
を受けて、ハイト方向に向けられていた状態からトラッ
ク幅方向に変動する。
Next, while applying a second magnetic field in a direction orthogonal to the first applied magnetic field, the second heat treatment temperature is raised to 250 ° C. or more and 270 ° C. or less, and the laminate is heat-treated.
The exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer is 3.16 × 10
4 (A / m) or more and the second
Is larger than the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer. Accordingly, the magnetization of the free magnetic layer changes from the state of being directed in the height direction to the direction of the track width under the influence of the exchange coupling magnetic field.

【0076】このとき、第2の印加磁界を先の熱処理に
て発生した第1の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さ
くしておけば、前記第1の反強磁性層に第2の磁界が印
加されても、前記第1の反強磁性層の交換結合磁界が劣
化することがなく、前記固定磁性層の磁化方向をハイト
方向に固定したままの状態にすることが可能になる。
At this time, if the second applied magnetic field is made smaller than the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer generated by the previous heat treatment, the second antimagnetic layer will Even when a magnetic field is applied, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer does not deteriorate, and the magnetization direction of the fixed magnetic layer can be kept fixed in the height direction.

【0077】このように本発明の製造方法によれば、前
記固定磁性層とフリー磁性層の磁化とが交叉するように
適切に調整することができる。
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to appropriately adjust the magnetization of the fixed magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer to cross each other.

【0078】したがって、上記のスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法では、耐熱性に優れたPtMn合金な
どの合金を第1の反強磁性層だけでなく第2の反強磁性
層にも使用し、固定磁性層の磁化方向に悪影響を与える
ことなく、第2の反強磁性層にフリー磁性層の磁化方向
を固定磁性層の磁化方向に対して交叉する方向に揃える
交換結合磁界を発生させることができ、前記フリー磁性
層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交叉する
方向に揃えることができるため、耐熱性および再生信号
波形の対称性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を製
造することが可能となる。
Therefore, in the above-described method for manufacturing a spin-valve thin-film magnetic element, an alloy such as a PtMn alloy having excellent heat resistance is used not only for the first antiferromagnetic layer but also for the second antiferromagnetic layer. Generating an exchange-coupling magnetic field in the second antiferromagnetic layer to align the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer without adversely affecting the magnetization direction of the fixed magnetic layer. Since the magnetization direction of the free magnetic layer can be aligned in the direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer, a spin-valve thin-film magnetic element having excellent heat resistance and symmetry of the reproduced signal waveform can be manufactured. It is possible to do.

【0079】よって上記の実験結果により、本発明で
は、前記第1の熱処理温度を、220℃以上で245℃
以下とすることが好ましい。また前記第2の熱処理熱度
を、250℃以上で270℃以下とすることが好まし
い。
According to the above experimental results, in the present invention, the first heat treatment temperature was set to 220 ° C. or higher and 245 ° C.
It is preferable to set the following. Further, it is preferable that the second heat treatment heat degree is not less than 250 ° C. and not more than 270 ° C.

【0080】次に、熱処理温度が245℃または270
℃の場合における反強磁性層の組成と交換結合磁界との
関係について図13を参照して詳しく説明する。
Next, when the heat treatment temperature is 245 ° C. or 270 ° C.
The relationship between the composition of the antiferromagnetic layer and the exchange coupling magnetic field in the case of ° C. will be described in detail with reference to FIG.

【0081】図示△印及び▲印は、フリー磁性層よりも
基板から離れた位置に反強磁性層を配置した(または、
固定磁性層の上に反強磁性層が配置された)トップ型シ
ングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層の組成
と交換結合磁界との関係を示すものであり、図示△印は
270℃、図示▲印は245℃で熱処理したものであ
る。
In the figures, the marks Δ and ▲ indicate that the antiferromagnetic layer is arranged at a position farther from the substrate than the free magnetic layer (or
It shows the relationship between the composition of the antiferromagnetic layer of the top-type single spin-valve thin-film magnetic element in which the antiferromagnetic layer is disposed on the fixed magnetic layer and the exchange coupling magnetic field. The symbol ▲ in the figure shows the result of heat treatment at 245 ° C.

【0082】図示○印及び●印は、基板とフリー磁性層
の間に反強磁性層を配置した(または、固定磁性層の下
に反強磁性層が配置された)ボトム型シングルスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換結合磁界
との関係を示すものであり、図示○印は270℃、図示
●印は245℃で熱処理したものである。
The circles and circles in the drawings indicate a bottom type single spin valve type in which an antiferromagnetic layer is disposed between a substrate and a free magnetic layer (or an antiferromagnetic layer is disposed below a fixed magnetic layer). The graph shows the relationship between the composition of the antiferromagnetic layer of the thin-film magnetic element and the exchange coupling magnetic field.

【0083】膜構成は、△印及び▲印で示したトップ型
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、Si基板の上に、Al
23(1000)からなる下地絶縁層、Ta(50)か
らなる下地層、NiFe合金(70)およびCo(1
0)の2層からなるフリー磁性層4、Cu(30)から
なる非磁性材料層、Co(25)からなる固定磁性層
2、PtmMnt(300)からなる反強磁性層、Ta
(50)からなる保護層220の順に形成された構成の
ものである。なお括弧内は膜厚を示しており、単位はÅ
である。
The top spin-valve thin-film magnetic element shown by a triangle and a triangle is made of Al on a Si substrate.
A base insulating layer made of 2 O 3 (1000), a base layer made of Ta (50), a NiFe alloy (70) and Co (1).
The free magnetic layer 4, Cu (30) non-magnetic material layer made of the two layers of 0), the anti-ferromagnetic layer of Co (pinned magnetic layer 2 made of 25), Pt m Mn t ( 300), Ta
This is a configuration in which a protective layer 220 made of (50) is formed in this order. The thickness in parentheses indicates the film thickness, and the unit is Å
It is.

【0084】一方、○印及び●印で示したボトム型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子は、Si基板の上に、Al23
(1000)からなる下地絶縁層、Ta(30)からな
る下地層、PtmMnt(300)からなる反強磁性層、
Co(25)からなる固定磁性層、Cu(26)からな
る非磁性材料層、Co(10)およびNiFe合金(7
0)の2層からなるフリー磁性層、Ta(50)からな
る保護層の順に形成された構成のものである。なお括弧
内は膜厚を示しており、単位はÅである。
[0084] On the other hand, the bottom type spin-valve film magnetic element shown in ○ mark and mark ●, on a Si substrate, Al 2 O 3
(1000) base insulating layer made of a base layer made of Ta (30), an antiferromagnetic layer made of Pt m Mn t (300),
A pinned magnetic layer made of Co (25), a non-magnetic material layer made of Cu (26), a Co (10) and NiFe alloy (7
0), a free magnetic layer composed of two layers, and a protective layer composed of Ta (50). The values in parentheses indicate the film thickness, and the unit is Δ.

【0085】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法では、図13に示すボトム型スピンバルブ型薄膜
磁気素子およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の
反強磁性層の組成比を利用している。
In the method of manufacturing the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, the composition ratio of the antiferromagnetic layers of the bottom-type spin-valve thin-film magnetic element and the top-type spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. I have.

【0086】すなわち、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁
気素子である本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、第1の反強磁性層に使用される合金の組成範囲は、
図13に示すボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反
強磁性層と同様とすることが好ましく、前記第2の反強
磁性層に使用される合金の組成範囲は、図13に示すト
ップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層と同様
とすることが好ましい。
That is, in the spin-valve thin-film magnetic element of the present invention, which is a bottom-type spin-valve thin-film magnetic element, the composition range of the alloy used for the first antiferromagnetic layer is as follows:
The antiferromagnetic layer of the bottom type spin valve type thin film magnetic element shown in FIG. 13 is preferably the same as the antiferromagnetic layer. It is preferably the same as the antiferromagnetic layer of the valve type thin film magnetic element.

【0087】図13から明らかなように、ボトム型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をXmMn
100-m(但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、
Osのうちの少なくとも1種以上の元素)からなる合金
としたときは、組成比を示すmが、46原子%≦m≦5
3.5原子%であることが好ましい。
As is apparent from FIG. 13, the antiferromagnetic layer of the bottom-type spin-valve thin-film magnetic element was formed of X m Mn.
100-m (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru,
When the alloy is made of at least one element of Os), the composition ratio m is 46 atomic% ≦ m ≦ 5.
Preferably, it is 3.5 atomic%.

【0088】mが46原子%未満または53.5原子%
を越えると、熱処理温度245℃の第1の熱処理を行っ
ても、交換結合磁界が1.58×104(A/m)以下
となり好ましくない。これはX−Mn合金の結晶格子が
L10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性
特性を示さなくなるからである。即ち、一方向交換結合
磁界を示さなくなるので好ましくない。
M is less than 46 atomic% or 53.5 atomic%
Is exceeded, the exchange coupling magnetic field is not more than 1.58 × 10 4 (A / m) even if the first heat treatment at a heat treatment temperature of 245 ° C. is performed. This is because the crystal lattice of the X-Mn alloy becomes difficult to be ordered into an L10-type ordered lattice, and does not exhibit antiferromagnetic properties. That is, the one-way exchange coupling magnetic field is not exhibited, which is not preferable.

【0089】なお上記の組成範囲とすると、熱処理温度
270℃の第2の熱処理を行うと、約3.16×10
4(A/m)以上の交換結合磁界を得ることができる。
With the above composition range, when the second heat treatment at a heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, about 3.16 × 10
4 (A / m) can be obtained an exchange coupling magnetic field of more.

【0090】また前記X−Mn合金のより好ましい組成
範囲は、mが48.5原子%以上で52.7原子%以下
である。これにより熱処理温度245℃の第1の熱処理
を行うと、4.74×104(A/m)以上の交換結合磁
界を得ることができる。
A more preferable composition range of the X-Mn alloy is that m is 48.5 at% or more and 52.7 at% or less. Thus, when the first heat treatment at a heat treatment temperature of 245 ° C. is performed, an exchange coupling magnetic field of 4.74 × 10 4 (A / m) or more can be obtained.

【0091】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層をPtmMn100-m-nn(但し、Zは、
Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種
または2種以上の元素)としたとき、組成比を示すm、
nは、46原子%≦m+n≦53.5原子%、0.2原
子%≦n≦40原子%であることが好ましい。これによ
り、熱処理温度245℃の第1の熱処理を行うと、1.
58×104(A/m)以上の交換結合磁界を得ること
ができる。またより好ましいm+nの組成範囲は、4
8.5原子%以上で52.7原子%以下である。
[0091] Further, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin-valve type thin film magnetic element Pt m Mn 100-mn Z n ( where, Z is
At least one element or two or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, and Os);
n is preferably 46 atomic% ≦ m + n ≦ 53.5 atomic%, and 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%. Accordingly, when the first heat treatment at a heat treatment temperature of 245 ° C. is performed,
An exchange coupling magnetic field of 58 × 10 4 (A / m) or more can be obtained. A more preferred composition range of m + n is 4
It is at least 8.5 at% and at most 52.7 at%.

【0092】またnが0.2原子%未満であると、反強
磁性層の結晶格子の規則化の促進効果、すなわち、交換
結合磁界を大きくする効果が十分に現れなくなり好まし
くない。またnが40原子%を越えると、逆に交換結合
磁界が減少するので好ましくない。
If n is less than 0.2 atomic%, the effect of promoting the ordering of the crystal lattice of the antiferromagnetic layer, that is, the effect of increasing the exchange coupling magnetic field is not sufficiently exhibited, which is not preferable. On the other hand, if n exceeds 40 atomic%, the exchange coupling magnetic field is undesirably reduced.

【0093】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層をPtqMn100-q-jj(但し、Lは、
Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのう
ちの少なくとも1種または2種以上の元素)としたと
き、組成比を示すq、jは、46原子%≦q+j≦5
3.5原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であるこ
とが好ましい。
[0093] Further, the antiferromagnetic layer of the bottom type spin-valve type thin film magnetic element Pt q Mn 100-qj L j ( where, L is
Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and at least one element of Kr), q and j indicating the composition ratio are 46 atomic% ≦ q + j ≦ 5.
It is preferable that 3.5 atomic% and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%.

【0094】q+jが46原子%未満または53.5原
子%を越えると、熱処理温度245℃の第1の熱処理を
行っても、交換結合磁界が1.58×104(A/m)
以下になり好ましくない。また、より好ましいq+jの
組成範囲は、48.5原子%以上で52.7原子%以下
である。
When q + j is less than 46 atomic% or exceeds 53.5 atomic%, the exchange coupling magnetic field is 1.58 × 10 4 (A / m) even when the first heat treatment at a heat treatment temperature of 245 ° C. is performed.
The following is not preferable. Further, a more preferable composition range of q + j is 48.5 at% or more and 52.7 at% or less.

【0095】また、jが0.2原子%未満であると、元
素Lの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十
分に現れないので好ましくなく、jが10原子%を越え
ると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ま
しくない。
On the other hand, if j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by adding the element L is not sufficiently exhibited, so that it is not preferable. This is not preferable because the directional exchange coupling magnetic field decreases.

【0096】次に図13から明らかなように、トップ型
スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をXmMn
100-m(但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、
Osのうちの少なくとも1種以上の元素)からなる合金
としたときは、組成比を示すmが、49原子%≦m≦5
5.5原子%であることが好ましい。
Next, as apparent from FIG. 13, the antiferromagnetic layer of the top-type spin-valve thin-film magnetic element was formed of X m Mn.
100-m (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru,
When the alloy is composed of at least one element of Os), m indicating the composition ratio is 49 atomic% ≦ m ≦ 5.
It is preferably 5.5 atomic%.

【0097】mが49原子%未満または55.5原子%
を越えると、熱処理温度270℃の第2の熱処理を行っ
ても、交換結合磁界が1.58×104(A/m)以下
となり好ましくない。これはX−Mn合金の結晶格子が
L10型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性
特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示
さなくなるので好ましくない。
M is less than 49 atomic% or 55.5 atomic%
Is exceeded, the exchange coupling magnetic field is not more than 1.58 × 10 4 (A / m) even if the second heat treatment at a heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, which is not preferable. This makes it difficult for the crystal lattice of the X-Mn alloy to be ordered into an L10-type ordered lattice, and does not exhibit antiferromagnetic properties. That is, a unidirectional exchange coupling magnetic field is not exhibited, which is not preferable.

【0098】また上記の組成範囲のとき、熱処理温度を
245℃とした場合を見てみると、いずれの組成比のと
きでもボトム型の反強磁性層の交換結合磁界より低いこ
とがわかる。すなわち第1の熱処理を行っても上記の組
成比範囲によればボトム型の反強磁性層の交換結合磁界
をトップ型の反強磁性層よりも大きくすることが可能と
なる。
When the heat treatment temperature is set to 245 ° C. in the above composition range, it is found that the exchange coupling magnetic field of the bottom antiferromagnetic layer is lower at any composition ratio. That is, even when the first heat treatment is performed, according to the above composition ratio range, the exchange coupling magnetic field of the bottom antiferromagnetic layer can be made larger than that of the top antiferromagnetic layer.

【0099】またより好ましいmは、49.5原子%以
上で54.5原子%以下である。これにより、270℃
の熱処理を行ったとき3.16×104(A/m)以上
の交換結合磁界を得ることができる。またこの組成範囲
内で、245℃の熱処理を施したとき、ボトム型の反強
磁性層の方がトップ型の反強磁性層の交換結合磁界より
も大きくなる。
Further, m is more preferably 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less. Thereby, 270 ° C
When the heat treatment is performed, an exchange coupling magnetic field of 3.16 × 10 4 (A / m) or more can be obtained. When heat treatment at 245 ° C. is performed within this composition range, the bottom-type antiferromagnetic layer has a larger exchange coupling magnetic field than the top-type antiferromagnetic layer.

【0100】また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層をPtmMn100-m-nn(但し、Zは、
Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種
または2種以上の元素)としたとき、組成比を示すm、
nは、49原子%≦m+n≦55.5原子%、0.2原
子%≦n≦40原子%であることが好ましい。
[0101] Further, the antiferromagnetic layer of the top type spin-valve film magnetic element Pt m Mn 100-mn Z n ( where, Z is
At least one element or two or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, and Os);
n is preferably 49 at% ≦ m + n ≦ 55.5 at%, and 0.2 at% ≦ n ≦ 40 at%.

【0101】m+nが49原子%未満または55.5原
子%を越えると、熱処理温度270℃の第2の熱処理を
行っても、交換結合磁界が1.58×104(A/m)
以下となり好ましくない。またm+nは49.5原子%
以上で54.5原子%以下であることがより好ましい。
When m + n is less than 49 at% or more than 55.5 at%, the exchange coupling magnetic field is 1.58 × 10 4 (A / m) even if the second heat treatment at a heat treatment temperature of 270 ° C. is performed.
The following is not preferable. M + n is 49.5 atomic%.
More preferably, it is 54.5 atomic% or less.

【0102】また、nが0.2原子%未満であると、反
強磁性層の結晶格子の規則化の促進効果、すなわち、交
換結合磁界を大きくする効果が十分に現れないので好ま
しくなく、nが40原子%を越えると、逆に交換結合磁
界が減少するので好ましくない。
If n is less than 0.2 atomic%, the effect of promoting the ordering of the crystal lattice of the antiferromagnetic layer, that is, the effect of increasing the exchange coupling magnetic field, is not sufficiently exhibited. Exceeds 40 atomic%, the exchange coupling magnetic field is undesirably reduced.

【0103】また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層をPtqMn100-q-jj(但し、Lは、
Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのう
ちの少なくとも1種または2種以上の元素)としたと
き、組成比を示すq、jは、49原子%≦q+j≦5
5.5原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であるこ
とが好ましい。
[0103] Further, the antiferromagnetic layer of the top type spin-valve film magnetic element Pt q Mn 100-qj L j ( where, L is
Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, at least one element or two or more elements), q and j indicating the composition ratio are 49 atomic% ≦ q + j ≦ 5.
It is preferable that 5.5 atomic% and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%.

【0104】q+jが49原子%未満または55.5原
子%を越えると、熱処理温度270℃の第2の熱処理を
行っても、交換結合磁界が1.58×104(A/m)
以下となり好ましくない。なおq+jのより好ましい範
囲は49.5原子%以上で54.5原子%以下である。
If q + j is less than 49 atomic% or exceeds 55.5 atomic%, the exchange coupling magnetic field is 1.58 × 10 4 (A / m) even if the second heat treatment at a heat treatment temperature of 270 ° C. is performed.
The following is not preferable. The more preferable range of q + j is 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less.

【0105】また、jが0.2原子%未満であると、元
素Lの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十
分に現れないので好ましくなく、jが10原子%を越え
ると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ま
しくない。
If j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by adding the element L is not sufficiently exhibited, and it is not preferable. This is not preferable because the directional exchange coupling magnetic field decreases.

【0106】また本発明では、第1の反強磁性層及び第
2の反強磁性層の双方の組成を同じにしてもよい。かか
る場合、以下の組成比を有することが好ましい。
In the present invention, both the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer may have the same composition. In such a case, it is preferable to have the following composition ratio.

【0107】すなわち第1の反強磁性層及び第2の反強
磁性層が、XmMn100-m(但し、Xは、Pt、Pd、I
r、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種以上の元
素)からなる合金で形成されるとき、前記第1の反強磁
性層および前記第2の反強磁性層の組成比を示すmは、
49原子%≦m≦53.5原子%であることが好まし
い。
That is, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are made of X m Mn 100-m (where X is Pt, Pd, I
m, which is the composition ratio of the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, when formed of an alloy comprising at least one of r, Rh, Ru, and Os). ,
It is preferable that 49 atomic% ≦ m ≦ 53.5 atomic%.

【0108】これにより、熱処理温度を245℃の第1
の熱処理を行ったとき、前記第1の反強磁性層の交換結
合磁界を1.58×104(A/m)以上にできると共
に、前記第1の反強磁性層の交換結合磁界を第2の反強
磁性層の交換結合磁界よりも大きくすることができる。
As a result, the first heat treatment at 245 ° C.
When the heat treatment is performed, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer can be increased to 1.58 × 10 4 (A / m) or more, and the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer can be reduced to the second level. The exchange coupling magnetic field of the two antiferromagnetic layers can be made larger.

【0109】また熱処理温度を270℃の第2の熱処理
を行ったとき、第2の反強磁性層の交換結合磁界を1.
58×104(A/m)以上にすることができる。
When the second heat treatment at a heat treatment temperature of 270 ° C. is performed, the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer is set to 1.
It can be 58 × 10 4 (A / m) or more.

【0110】なおより好ましい組成範囲はmが49.5
原子%以上で52.7原子%以下である。また上限は5
1.2原子%以下であることが最も好ましい。これによ
り245℃での第1の反強磁性層の交換結合磁界を大き
くできると共に、前記第1の反強磁性層と第2の反強磁
性層の交換結合磁界の差を大きくでき、固定磁性層及び
フリー磁性層の磁化方向の制御を容易に行うことが可能
になる。
In a still more preferred composition range, m is 49.5.
It is not less than 52.7 at% and not less than at%. The upper limit is 5
Most preferably, it is at most 1.2 atomic%. Thereby, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer at 245 ° C. can be increased, and the difference between the exchange coupling magnetic fields of the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer can be increased. It is possible to easily control the magnetization directions of the layer and the free magnetic layer.

【0111】また、第1の反強磁性層および第2の反強
磁性層が、PtmMn100-m-nn(但し、Zは、Pd、
Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種または
2種以上の元素)としたとき、組成比を示すm、nは、
49原子%≦m+n≦53.5原子%、0.2原子%≦
n≦40原子%であることが好ましい。なおより好まし
い組成範囲はmが49.5原子%以上で52.7原子%
以下である。また上限は51.2原子%以下であること
が最も好ましい。
[0111] Also, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer, Pt m Mn 100-mn Z n ( where, Z is, Pd,
At least one or two or more of Ir, Rh, Ru, and Os), m and n indicating the composition ratios are
49 atomic% ≦ m + n ≦ 53.5 atomic%, 0.2 atomic% ≦
Preferably, n ≦ 40 atomic%. Still more preferable composition range is that m is 49.5 atomic% or more and 52.7 atomic%.
It is as follows. Most preferably, the upper limit is 51.2 atomic% or less.

【0112】また、nが0.2原子%未満であると、元
素Zの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十
分に現れないので好ましくなく、nが40原子%を越え
ると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ま
しくない。
On the other hand, if n is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by adding the element Z is not sufficiently exhibited. It is not preferable because the directional exchange coupling magnetic field decreases.

【0113】また第1の反強磁性層および第2の反強磁
性層が、PtqMn100-q-jj(但し、Lは、Au、A
g、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少な
くとも1種または2種以上の元素)としたとき、組成比
を示すq、jは、49原子%≦q+j≦53.5原子
%、0.2原子%≦j≦10原子%であることが好まし
い。なおより好ましい組成範囲はmが49.5原子%以
上で52.7原子%以下である。また上限は51.2原
子%以下であることが最も好ましい。
The first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are made of Pt q Mn 100-qj L j (where L is Au, A
g, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, at least one element or two or more elements), q and j indicating the composition ratio are 49 atomic% ≦ q + j ≦ 53.5 atomic%. , 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%. A more preferred composition range is that m is 49.5 atomic% or more and 52.7 atomic% or less. Most preferably, the upper limit is 51.2 atomic% or less.

【0114】また、jが0.2原子%未満であると、元
素Lの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十
分に現れないので好ましくなく、jが10原子%を越え
ると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ま
しくない。
On the other hand, if j is less than 0.2 atomic%, the effect of improving the unidirectional exchange coupling magnetic field by adding the element L is not sufficiently exhibited. This is not preferable because the directional exchange coupling magnetic field decreases.

【0115】また、上記した組成範囲内でボトム型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の前記第1の反強磁性層の組成
と、第2の反強磁性層の組成を異ならしめ、例えば第1
の反強磁性層のMn濃度を第2の反強磁性層のMn濃度
よりも多くすることにより、第1の熱処理後の両者の交
換結合磁界の差をより顕著にでき、第2の熱処理後にフ
リー磁性層と固定磁性層の磁化をより確実に直交状態と
することが可能となる。またかかる場合、交換結合磁界
の差を顕著にできる組み合わせを多数選択することがで
き、設計の自由度が向上する。
The composition of the first antiferromagnetic layer and the composition of the second antiferromagnetic layer of the bottom-type spin-valve thin-film magnetic element are made different from each other within the above composition range.
By making the Mn concentration of the antiferromagnetic layer of the second layer higher than the Mn concentration of the second antiferromagnetic layer, the difference between the exchange coupling magnetic fields after the first heat treatment can be made more remarkable. The magnetization of the free magnetic layer and the magnetization of the pinned magnetic layer can be more reliably brought into the orthogonal state. In such a case, a large number of combinations that can make the difference in the exchange coupling magnetic field remarkable can be selected, and the degree of freedom in design is improved.

【0116】[0116]

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気検出素子(ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子)の実施形態について、図面
を参照して詳しく説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the magnetic sensing element (spin-valve thin film magnetic element) of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0117】図1は、本発明の第1の実施形態であるス
ピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から
見た場合の構造を示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a spin-valve thin-film magnetic element according to a first embodiment of the present invention when viewed from the side facing a recording medium.

【0118】なお、前記スピンバルブ型薄膜素子の上
に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていても
よい。
Incidentally, an inductive head for recording may be laminated on the spin valve type thin film element.

【0119】ここで図1に示すスピンバルブ型薄膜素子
は、例えばハードディスク装置のスライダのトレーリン
グ端部に設けられる。
The spin-valve thin-film element shown in FIG. 1 is provided, for example, at the trailing end of a slider in a hard disk drive.

【0120】図10及び図11は、本発明のスピンバル
ブ型薄膜素子を備えた磁気ヘッドを示した図である。な
お図10はスライダを記録媒体との対向面側から見た斜
視図、図11は図10に示す11−11線から切断し矢
印方向から見た縦断面図である。
FIGS. 10 and 11 are views showing a magnetic head provided with the spin-valve thin film element of the present invention. FIG. 10 is a perspective view of the slider viewed from the side facing the recording medium, and FIG. 11 is a longitudinal sectional view taken along the line 11-11 shown in FIG. 10 and viewed from the direction of the arrow.

【0121】図10及び図11に示すように、前記スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなるGMRヘッドh
1は、インダクティブヘッドh2と共にスライダ50の
トレーリング側端部50aに設けられて薄膜磁気ヘッド
51を構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録
磁界を検出及び記録することが可能になっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, a GMR head h including the spin-valve thin-film magnetic element is used.
Numeral 1 is provided at the trailing end 50a of the slider 50 together with the inductive head h2 to form a thin-film magnetic head 51, which can detect and record a recording magnetic field of a magnetic recording medium such as a hard disk.

【0122】図10に示すように、前記スライダ50の
媒体対向面52には、レール52a、52a,52aが
形成され、各レール同士間は、エアーグルーブ52b、
52bを構成している。
As shown in FIG. 10, rails 52a, 52a, 52a are formed on the medium facing surface 52 of the slider 50, and air grooves 52b,
52b.

【0123】図11に示すように、GMRヘッドh1
は、スライダ50の端面50a上に形成された磁性合金
からなる下部シールド層53と、下部シールド層53に
積層された下部ギャップ層54と、媒体対向面52から
露出するスピンバルブ型薄膜磁気素子55と、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子55を覆う上部ギャップ層56と、
上部ギャップ層56を覆う上部シールド層57とから構
成されている。
As shown in FIG. 11, the GMR head h1
Are a lower shield layer 53 made of a magnetic alloy formed on an end face 50a of the slider 50, a lower gap layer 54 laminated on the lower shield layer 53, and a spin-valve thin-film magnetic element 55 exposed from the medium facing surface 52. An upper gap layer 56 covering the spin-valve thin-film magnetic element 55;
And an upper shield layer 57 that covers the upper gap layer 56.

【0124】上部シールド層57は、インダクティブヘ
ッドh2の下部コア層と兼用とされている。なお前記上
部シールド層57と下部コア層とは別々に設けられてい
てもよい。
The upper shield layer 57 is also used as the lower core layer of the inductive head h2. The upper shield layer 57 and the lower core layer may be provided separately.

【0125】インダクティブヘッドh2は、下部コア層
(上部シールド層)57と、下部コア層57に積層され
たギャップ層58と、コイル59と、記録媒体との対向
面でギャップ層58上に接合され、かつ基端部60aに
て下部コア層57に接合される上部コア層60とから構
成されている。
The inductive head h2 is joined to the lower core layer (upper shield layer) 57, the gap layer 58 laminated on the lower core layer 57, the coil 59, and the gap layer 58 at the surface facing the recording medium. And the upper core layer 60 joined to the lower core layer 57 at the base end 60a.

【0126】また、上部コア層60上には、アルミナな
どからなる保護層61が積層されている。
On the upper core layer 60, a protective layer 61 made of alumina or the like is laminated.

【0127】図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、Al23などで形成された絶縁基板20(下部ギャ
ップ層)上に、第1の反強磁性層21、固定磁性層2
2、非磁性材料層23及びフリー磁性層24の順で積層
された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄
膜磁気素子である。
The spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1 has a first antiferromagnetic layer 21 and a fixed magnetic layer 2 on an insulating substrate 20 (lower gap layer) made of Al 2 O 3 or the like.
2. A so-called bottom-type single spin-valve thin-film magnetic element in which a nonmagnetic material layer 23 and a free magnetic layer 24 are stacked in this order.

【0128】また本発明の実施形態では、前記スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子は、エクスチェンジバイアス方式に
より、フリー磁性層24の磁化方向を固定磁性層22の
磁化方向に対して交叉する方向に揃えるものである。
Further, in the embodiment of the present invention, the spin-valve thin-film magnetic element aligns the magnetization direction of the free magnetic layer 24 in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer 22 by an exchange bias method. is there.

【0129】前記エクスチェンジバイアス方式は、不感
領域があるため実効トラック幅の制御が困難であるハー
ドバイアス方式と比較して、高密度記録に対応するトラ
ック幅の狭いスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式
である。
The exchange bias method is suitable for a spin-valve thin film magnetic element having a narrow track width corresponding to high-density recording, as compared with a hard bias method in which the effective track width is difficult to control because of the presence of a dead area. It is a method.

【0130】前記第1の反強磁性層21は、Pt、P
d、Ir、Rh、Ru、Ir、Os、Au、Ag、C
r、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素と、Mnとを含む合金からな
るものである。これらの合金からなる第1の反強磁性層
21は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有してい
る。
The first antiferromagnetic layer 21 is composed of Pt, P
d, Ir, Rh, Ru, Ir, Os, Au, Ag, C
It is made of an alloy containing at least one or more of r, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr and Mn. The first antiferromagnetic layer 21 made of these alloys has a feature of being excellent in heat resistance and corrosion resistance.

【0131】またハードディスクなどの装置内の環境温
度や素子を流れるセンス電流によるジュール熱により素
子が高温となるハードディスク装置に備えられた場合の
耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界(交換
結合磁界)の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜磁
気素子を得ることができる。
The durability is good when the device is provided in a hard disk device in which the temperature of the device becomes high due to the environmental temperature in the device such as a hard disk or the Joule heat caused by the sense current flowing through the device. An excellent spin-valve thin-film magnetic element with little fluctuation of the exchange coupling magnetic field can be obtained.

【0132】さらにまた、第1の反強磁性層21を上記
の合金で形成することで、ブロッキング温度が高いもの
となり、第1の反強磁性層21に大きな交換異方性磁界
を発生させることができるため、固定磁性層22の磁化
方向を強固に固定することができる。
Further, by forming the first antiferromagnetic layer 21 from the above alloy, the blocking temperature becomes high, and a large exchange anisotropic magnetic field is generated in the first antiferromagnetic layer 21. Therefore, the magnetization direction of the fixed magnetic layer 22 can be firmly fixed.

【0133】特に、前記第1の反強磁性層21は、下記
の組成式からなる合金であることが好ましい。
In particular, the first antiferromagnetic layer 21 is preferably an alloy having the following composition formula.

【0134】(1)XmMn100-m 但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのう
ちの少なくとも1種以上の元素であり、組成比を示すm
は、46原子%≦m≦53.5原子%である。より好ま
しい組成比を示すmは、48.5原子%≦m≦52.7
原子%である。更に、前記第1の反強磁性層21は、下
記の組成式からなる合金であっても良い。
(1) X m Mn 100-m where X is at least one element of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os, and indicates a composition ratio.
Is 46 atomic% ≦ m ≦ 53.5 atomic%. M indicating a more preferable composition ratio is 48.5 atomic% ≦ m ≦ 52.7.
Atomic%. Further, the first antiferromagnetic layer 21 may be an alloy having the following composition formula.

【0135】(2)PtmMn100-m-nn 但し、Zは、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少
なくとも1種または2種以上の元素であり、組成比を示
すm、nは、46原子%≦m+n≦53.5原子%、
0.2原子%≦n≦40原子%である。より好ましい組
成比を示すm、nは、48.5原子%≦m+n≦52.
7原子%、0.2原子%≦n≦40原子%である。ま
た、前記第1の反強磁性層21は、下記の組成式からな
る合金であってもよい。
[0135] (2) Pt m Mn 100- mn Z n where, Z is, Pd, Ir, Rh, Ru , at least one or more elements of Os, m indicating the composition ratio, n Is 46 atomic% ≦ m + n ≦ 53.5 atomic%,
0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%. M and n indicating a more preferable composition ratio are 48.5 atomic% ≦ m + n ≦ 52.
7 at%, 0.2 at% ≦ n ≦ 40 at%. Further, the first antiferromagnetic layer 21 may be an alloy having the following composition formula.

【0136】(3)PtqMn100-q-jj 但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、X
e、Krのうちの少なくとも1種または2種以上の元素
であり、組成比を示すq、jは、46原子%≦q+j≦
53.5原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であ
る。また、より好ましい組成比を示すq、jは、48.
5原子%≦q+j≦52.7原子%、0.2原子%≦j
≦10原子%である。
(3) Pt q Mn 100-qj L j where L is Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, X
e, at least one element or two or more elements of Kr, and q and j indicating the composition ratio are 46 atomic% ≦ q + j ≦
53.5 at%, 0.2 at% ≦ j ≦ 10 at%. Further, q and j indicating a more preferable composition ratio are 48.
5 atomic% ≦ q + j ≦ 52.7 atomic%, 0.2 atomic% ≦ j
≦ 10 atomic%.

【0137】前記第1の反強磁性層21は例えば70Å
以上で300Å以下で形成される。また前記固定磁性層
22は、第1の固定磁性層25と非磁性中間層26と第
2の固定磁性層27の3層で形成された、いわゆるフェ
リ構造である。このフェリ構造により、前記固定磁性層
22の磁化状態を安定化させることが可能である。なお
より安定したフェリ構造にするには、第1の固定磁性層
25と第2の固定磁性層27の単位面積あたりの磁気モ
ーメントを異ならせることである。前記単位面積あたり
の磁気モーメントは飽和磁束密度と膜厚との乗で求めら
れる。例えば前記固定磁性層25,27に同じ材質を使
用した場合、互いの膜厚を異ならせることで、単位面積
あたりの磁気モーメントを互いに異なる値にできる。具
体的には、前記第1の固定磁性層25を15Å程度で、
非磁性中間層26を8Å程度で、第2の固定磁性層27
を20Å程度で形成する。
The first antiferromagnetic layer 21 has a thickness of, for example, 70 °.
As a result, it is formed at 300 ° or less. The pinned magnetic layer 22 has a so-called ferrimagnetic structure formed by three layers of a first pinned magnetic layer 25, a non-magnetic intermediate layer 26, and a second pinned magnetic layer 27. With this ferri structure, the magnetization state of the fixed magnetic layer 22 can be stabilized. In order to obtain a more stable ferrimagnetic structure, the first fixed magnetic layer 25 and the second fixed magnetic layer 27 have different magnetic moments per unit area. The magnetic moment per unit area is obtained by multiplying the saturation magnetic flux density by the film thickness. For example, when the same material is used for the fixed magnetic layers 25 and 27, the magnetic moments per unit area can be different from each other by making the thicknesses different from each other. Specifically, the first pinned magnetic layer 25 is set at about 15 °,
The non-magnetic intermediate layer 26 has a thickness of about 8 ° and the second pinned magnetic layer 27
Is formed at about 20 °.

【0138】前記第1の固定磁性層25及び第2の固定
磁性層27は、例えば、Co膜、NiFe合金、CoN
iFe合金、CoFe合金、CoNi合金などで形成さ
れている。なお非磁性中間層26は、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成されていることが好ましい。
The first fixed magnetic layer 25 and the second fixed magnetic layer 27 are made of, for example, a Co film, a NiFe alloy, a CoN
It is formed of an iFe alloy, a CoFe alloy, a CoNi alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layer 26 is made of Ru, Rh, I
Preferably, it is formed of one or more alloys of r, Cr, Re, and Cu.

【0139】具体的には前記第1の固定磁性層25及び
第2の固定磁性層27はCoFe合金で形成されること
が好ましい。これにより前記第1の固定磁性層25と第
2の固定磁性層27間に働くRKKY相互作用における
交換結合磁界を大きくすることができる。
Specifically, the first fixed magnetic layer 25 and the second fixed magnetic layer 27 are preferably formed of a CoFe alloy. Thereby, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction acting between the first fixed magnetic layer 25 and the second fixed magnetic layer 27 can be increased.

【0140】図1に示す第1の固定磁性層25は、第1
の反強磁性層21に接して形成され、磁場中熱処理を施
すことにより、前記第1の固定磁性層25と前記第1の
反強磁性層21との界面にて交換結合磁界が発生する。
The first pinned magnetic layer 25 shown in FIG.
Is formed in contact with the antiferromagnetic layer 21 and heat treatment in a magnetic field generates an exchange coupling magnetic field at the interface between the first fixed magnetic layer 25 and the first antiferromagnetic layer 21.

【0141】これにより第1の固定磁性層25は例えば
図示Y方向(ハイト方向)に固定される。一方、RKK
Y相互作用により、前記第2の固定磁性層26は、図示
Y方向とは逆方向(記録媒体との対向面方向)に固定さ
れる。すなわち第1の固定磁性層25と第2の固定磁性
層26の磁化は反平行状態にされる。
Thus, the first fixed magnetic layer 25 is fixed in, for example, the Y direction (height direction) in the figure. On the other hand, RKK
By the Y interaction, the second fixed magnetic layer 26 is fixed in a direction opposite to the Y direction in the drawing (the direction of the surface facing the recording medium). That is, the magnetizations of the first pinned magnetic layer 25 and the second pinned magnetic layer 26 are in an antiparallel state.

【0142】また、前記非磁性材料層23は、Cu、C
r、Au、Agなどの導電性を有する非磁性材料により
形成されることが好ましい。
The nonmagnetic material layer 23 is made of Cu, C
It is preferably formed of a conductive non-magnetic material such as r, Au, and Ag.

【0143】また本発明では、前記フリー磁性層24
は、第1のフリー磁性層28と非磁性中間層29と第2
のフリー磁性層30の3層で形成されるいわゆるフェリ
構造となっている。前記第1のフリー磁性層28及び第
2のフリー磁性層30は、例えば、Co膜、NiFe合
金、CoNiFe合金、CoFe合金、CoNi合金な
どで形成されている。なお非磁性中間層29は、Ru、
Rh、Ir、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種
以上の合金で形成されていることが好ましい。
In the present invention, the free magnetic layer 24
Are the first free magnetic layer 28, the non-magnetic intermediate layer 29 and the second
Has a so-called ferrimagnetic structure formed by three layers of the free magnetic layer 30. The first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are formed of, for example, a Co film, a NiFe alloy, a CoNiFe alloy, a CoFe alloy, a CoNi alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layer 29 is made of Ru,
It is preferable to be formed of one or more alloys of Rh, Ir, Cr, Re, and Cu.

【0144】なおより安定なフェリ構造にするには、第
1のフリー磁性層28と第2のフリー磁性層30の単位
面積あたりの磁気モーメントを異ならせることである。
前記単位面積あたりの磁気モーメントは飽和磁束密度と
膜厚との乗で求められる。例えば前記フリー磁性層2
8,30に同じ材質を使用した場合、互いの膜厚を異な
らせることで、単位面積あたりの磁気モーメントを互い
に異なる値にできる。具体的には、第1のフリー磁性層
28を20Å程度で、非磁性中間層29を8Å程度で、
第2のフリー磁性層30を15Å程度で形成する。
To obtain a more stable ferrimagnetic structure, the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 have different magnetic moments per unit area.
The magnetic moment per unit area is obtained by multiplying the saturation magnetic flux density by the film thickness. For example, the free magnetic layer 2
When the same material is used for 8, 30, the magnetic moments per unit area can be made different from each other by making the film thickness different from each other. Specifically, the first free magnetic layer 28 is about 20 °, the nonmagnetic intermediate layer 29 is about 8 °,
The second free magnetic layer 30 is formed at about 15 °.

【0145】図1に示すように、前記第2のフリー磁性
層30の上面は一部削られてトラック幅Twの溝24a
が形成されている。この溝を形成しないと、第2の反強
磁性層31の厚さにばらつきがあるとき、除去されるは
ずの第2の反強磁性層31がすべて除去されず、素子中
央部Eに前記第2の反強磁性層31が残る恐れがあり好
ましくない。
As shown in FIG. 1, the upper surface of the second free magnetic layer 30 is partially shaved to form a groove 24a having a track width Tw.
Are formed. If this groove is not formed, when the thickness of the second antiferromagnetic layer 31 varies, all of the second antiferromagnetic layer 31 to be removed is not removed, and the second antiferromagnetic layer 31 is not removed at the element central portion E. This is not preferable because the second antiferromagnetic layer 31 may remain.

【0146】また溝24aの両側には平坦部24bが形
成されている。そして前記平坦部24b上には第2の反
強磁性層31が形成されている。前記第2の反強磁性層
31は反強磁性材料で形成される。かかる場合、第1の
反強磁性層21と同じ反強磁性材料で形成されても良い
し異なる材料で形成されてもよい。
[0146] Flat portions 24b are formed on both sides of the groove 24a. The second antiferromagnetic layer 31 is formed on the flat portion 24b. The second antiferromagnetic layer 31 is formed of an antiferromagnetic material. In such a case, the first antiferromagnetic layer 21 may be formed of the same antiferromagnetic material, or may be formed of a different material.

【0147】従って、熱処理を施すことにより前記第2
の反強磁性層31と第2のフリー磁性層30間に発生す
る交換結合磁界の作用により、前記第2のフリー磁性層
30の両側端部D,Dの磁化は、前記固定磁性層22の
磁化と交叉する方向、すなわちトラック幅方向(図1で
は図示X方向の逆方向)に固定される。一方、前記フリ
ー磁性層30の中間領域Eでは、前記両側端部D,Dか
らのバイアス磁界の影響を受けて、トラック幅方向に揃
えられる。
Therefore, by performing the heat treatment, the second
Due to the action of the exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layer 31 and the second free magnetic layer 30, the magnetization of the both ends D and D of the second free magnetic layer 30 It is fixed in the direction crossing the magnetization, that is, in the track width direction (the direction opposite to the X direction in FIG. 1). On the other hand, in the intermediate region E of the free magnetic layer 30, the free magnetic layer 30 is aligned in the track width direction under the influence of the bias magnetic field from the both end portions D.

【0148】また前記非磁性中間層29を介して第1の
フリー磁性層28には、RKKY相互作用が働き、これ
によって前記第1のフリー磁性層28の磁化は、図示X
方向(トラック幅方向)に適切に揃えられる。図1に示
すようにフリー磁性層24をいわゆるフェリ構造にする
ことで、前記フリー磁性層24の2層の磁性層28,3
0の磁化は互いに反平行になり、熱的にも安定した磁化
状態になる。従って、バルクハウゼンノイズの発生を適
切に防止することができるとともにサイドリーディング
の発生を抑制でき、さらに良好なΔMRを得ることがで
きる。
An RKKY interaction acts on the first free magnetic layer 28 via the non-magnetic intermediate layer 29, whereby the magnetization of the first free magnetic layer 28 becomes
Direction (track width direction). As shown in FIG. 1, by forming the free magnetic layer 24 into a so-called ferrimagnetic structure, the two magnetic layers 28 and 3 of the free magnetic layer 24 are formed.
The magnetizations of 0 become antiparallel to each other, and become a thermally stable magnetization state. Therefore, it is possible to appropriately prevent the occurrence of Barkhausen noise, suppress the occurrence of side reading, and obtain a better ΔMR.

【0149】なお前記第2の反強磁性層31は、前記第
1の反強磁性層21と同様に、Pt、Pd、Ir、R
h、Ru、Os、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、A
r、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2種以上
の元素と、Mnとを含む合金からなるものであることが
好ましい。
Note that the second antiferromagnetic layer 31 is made of Pt, Pd, Ir, R, like the first antiferromagnetic layer 21.
h, Ru, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ne, A
It is preferable to be made of an alloy containing Mn and at least one or more of r, Xe, and Kr.

【0150】そして、これらの合金からなる第2の反強
磁性層31は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有
している。
[0150] The second antiferromagnetic layer 31 made of these alloys is characterized by having excellent heat resistance and corrosion resistance.

【0151】特に、前記第2の反強磁性層31は、下記
の組成式からなる合金であることが好ましい。
In particular, the second antiferromagnetic layer 31 is preferably an alloy having the following composition formula.

【0152】(1)XmMn100-m 但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのう
ちの少なくとも1種以上の元素であり、組成比を示すm
は、49原子%≦m≦55.5原子%である。より好ま
しくは、49.5原子%以上で54.5原子%以下であ
る。さらに、第2の反強磁性層31は、下記の組成式か
らなる合金であっても良い。
(1) X m Mn 100-m where X is at least one element of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os, and indicates a composition ratio.
Is 49 at% ≦ m ≦ 55.5 at%. More preferably, it is 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less. Further, the second antiferromagnetic layer 31 may be an alloy having the following composition formula.

【0153】(2)PtmMn100-m-nn 但し、Zは、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Au、A
g、Cr、Niのうちの少なくとも1種または2種以上
の元素であり、組成比を示すm、nは、49原子%≦m
+n≦55.5原子%、0.2原子%≦n≦10原子%
である。なおm+nのより好ましい範囲は49.5原子
%以上で54.5原子%以下である。また、第2の反強
磁性層31は、下記の組成式からなる合金であってもよ
い。
[0153] (2) Pt m Mn 100- mn Z n where, Z is, Pd, Ir, Rh, Ru , Os, Au, A
g, Cr and Ni are at least one or two or more elements, and m and n indicating the composition ratio are 49 atomic% ≦ m
+ N ≦ 55.5 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 10 atomic%
It is. The more preferable range of m + n is 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less. Further, the second antiferromagnetic layer 31 may be an alloy having the following composition formula.

【0154】(3)PtqMn100-q-jj 但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、X
e、Krのうちの少なくとも1種または2種以上の元素
であり、組成比を示すq、jは、49原子%≦q+j≦
55.5原子%、0.2原子%≦j≦10原子%であ
る。またq+jのより好ましい範囲は49.5原子%以
上で54.5原子%以下である。
(3) Pt q Mn 100-qj L j where L is Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, X
e, at least one or two or more elements of Kr, and q and j indicating the composition ratio are 49 atomic% ≦ q + j ≦
55.5 atomic%, and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%. A more preferable range of q + j is 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less.

【0155】また本発明では図1に示すように、前記第
2の反強磁性層31の上には、Taなどで形成された保
護層32を介して電極層33が形成されている。
In the present invention, as shown in FIG. 1, an electrode layer 33 is formed on the second antiferromagnetic layer 31 via a protective layer 32 made of Ta or the like.

【0156】前記電極層33、33は、例えば、Au、
W、Cr、Taなどで形成されることが好ましい。
The electrode layers 33 are made of, for example, Au,
It is preferable to be formed of W, Cr, Ta, or the like.

【0157】このスピンバルブ型薄膜磁気素子において
は、電極層33、33からフリー磁性層24、非磁性材
料層23、固定磁性層22に定常電流が与えられ、図示
Z方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Y
方向に与えられると、前記フリー磁性層24のうち第1
のフリー磁性層28の磁化方向が図示X方向から図示Y
方向に向けて変動する。この第1のフリー磁性層28内
での磁化方向の変動と第2の固定磁性層27の磁化方向
との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基づく電
圧変化により磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出され
る。
In this spin-valve thin-film magnetic element, a steady current is applied to the free magnetic layer 24, the nonmagnetic material layer 23, and the fixed magnetic layer 22 from the electrode layers 33, 33, and the magnetic recording medium running in the Z direction shown in the drawing. Magnetic field leakage from
Direction, the first of the free magnetic layers 24
The magnetization direction of the free magnetic layer 28 of FIG.
It fluctuates in the direction. The electric resistance changes depending on the relationship between the change in the magnetization direction in the first free magnetic layer 28 and the magnetization direction in the second pinned magnetic layer 27, and the voltage change based on the change in resistance causes leakage from the magnetic recording medium. A magnetic field is detected.

【0158】ところで本発明におけるスピンバルブ型薄
膜素子は、前記フリー磁性層24の上にトラック幅Tw
の間隔を空けて形成された第2の反強磁性層31は、そ
の先端部31a,31aが先細らず、十分な膜厚で形成
される。
The spin-valve thin film element according to the present invention has a track width Tw on the free magnetic layer 24.
The second antiferromagnetic layer 31 formed at intervals is formed with a sufficient film thickness without the tip portions 31a, 31a being tapered.

【0159】このため前記第2の反強磁性層31の先端
部31a下に形成された第2のフリー磁性層30との間
で大きな交換結合磁界が発生する。さらに前記フリー磁
性層24はフェリ構造で形成されているため、前記フリ
ー磁性層24の磁化状態は安定化し、特に第1のフリー
磁性層28の磁化は適切にトラック幅方向に揃えられ、
単磁区化される。
For this reason, a large exchange coupling magnetic field is generated between the second antiferromagnetic layer 31 and the second free magnetic layer 30 formed below the tip 31a. Further, since the free magnetic layer 24 is formed in a ferrimagnetic structure, the magnetization state of the free magnetic layer 24 is stabilized, and in particular, the magnetization of the first free magnetic layer 28 is appropriately aligned in the track width direction.
Single domain.

【0160】また本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の少なくとも一方を、
以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ましい
組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は9原子
%以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子
%以上で10原子%以下で、残りの組成はCoである。
In the present invention, at least one of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 is
A composition formula that is preferably formed of a magnetic material having the following composition is represented by CoFeNi, wherein the composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, and the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom%. Below atomic%, the remaining composition is Co.

【0161】これにより前記第1のフリー磁性層28と
第2のフリー磁性層30間で発生するRKKY相互作用
における交換結合磁界を強くすることができる。具体的
には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピン
フロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで
大きくすることができる。よって、第2の反強磁性層3
1の下に位置する第1のフリー磁性層28及び第2のフ
リー磁性層30の両側端部の磁化を、前記第2の反強磁
性層31と第2のフリー磁性層30間に働く交換結合磁
界との相乗効果によって、適切に反平行状態にピン止め
でき、サイドリーディングの発生を抑制することができ
る。
As a result, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m). Therefore, the second antiferromagnetic layer 3
The magnetizations at both end portions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 located below the first free magnetic layer 28 are exchanged between the second antiferromagnetic layer 31 and the second free magnetic layer 30. By the synergistic effect with the coupling magnetic field, the pinning can be appropriately performed in the antiparallel state, and the occurrence of side reading can be suppressed.

【0162】なお本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の双方を前記CoFe
Ni合金で形成することが好ましい。これにより、より
安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができ、第
1のフリー磁性層28と第2のフリー磁性層30とを適
切に反平行状態に磁化できる。
In the present invention, both the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are made of the CoFe
Preferably, it is formed of a Ni alloy. Thereby, a high spin-flop magnetic field can be obtained more stably, and the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be appropriately magnetized in an antiparallel state.

【0163】また上記した組成範囲内であると、フリー
磁性層24の磁歪を−3×10-6から3×10-6の範囲
内に収めることができ、また保磁力を790(A/m)
以下に小さくできる。
When the composition is within the above range, the magnetostriction of the free magnetic layer 24 can be kept within the range of -3 × 10 −6 to 3 × 10 −6 , and the coercive force can be reduced to 790 (A / m 2). )
It can be reduced below.

【0164】さらに、前記フリー磁性層24の軟磁気特
性の向上、非磁性材料層23間でのNiの拡散による抵
抗変化量(ΔR)や抵抗変化率(ΔR/R)の低減の抑
制を適切に図ることが可能である。
Further, it is appropriate to improve the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 24 and suppress the reduction of the resistance change rate (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) due to the diffusion of Ni between the nonmagnetic material layers 23. It is possible to aim at.

【0165】また図1に示すように前記第2の反強磁性
層31の内側側面31b,31bは傾斜面となっている
が、本発明では前記傾斜面を垂直方向(図示Z方向)に
近い向きに調整して形成することができる。なお前記傾
斜面の内角θは、70°以上で90°以下であることが
好ましい。
As shown in FIG. 1, the inner side surfaces 31b, 31b of the second antiferromagnetic layer 31 are inclined surfaces. In the present invention, the inclined surfaces are close to the vertical direction (Z direction in the figure). It can be formed by adjusting the orientation. The inner angle θ of the inclined surface is preferably 70 ° or more and 90 ° or less.

【0166】上記のように、第2の反強磁性層31の先
端部31aの膜厚を厚く形成するには、後述する製造方
法によって達成することができる。
As described above, the formation of a thicker tip portion 31a of the second antiferromagnetic layer 31 can be achieved by a manufacturing method described later.

【0167】なお本発明における製造方法を使用した場
合、素子中央領域Eの第2のフリー磁性層30の上面3
0aは削られ、この部分の膜厚は、両側端部Dの第2の
フリー磁性層30よりも薄くなる。
When the manufacturing method of the present invention is used, the upper surface 3 of the second free magnetic layer 30 in the element central region E
0a is shaved, and the film thickness of this portion is smaller than that of the second free magnetic layer 30 at both end portions D.

【0168】また図1に示すように、前記第2の反強磁
性層31の上に形成される電極層33は、前記第2の反
強磁性層31の平坦化面31c上にのみ形成されている
ことがわかる。一方、従来例として挙げた図16では、
第2の反強磁性層10の平坦化面上のみならず傾斜面上
にも電極層8が延出して形成されていることがわかる。
As shown in FIG. 1, the electrode layer 33 formed on the second antiferromagnetic layer 31 is formed only on the flattened surface 31c of the second antiferromagnetic layer 31. You can see that it is. On the other hand, in FIG. 16 cited as a conventional example,
It can be seen that the electrode layer 8 extends not only on the flattened surface of the second antiferromagnetic layer 10 but also on the inclined surface.

【0169】上記した本発明と従来例との違いは、製造
方法の相違に起因するもので、構造の違いから製造方法
の違いを見分けることが可能である。
The difference between the present invention and the conventional example is caused by the difference in the manufacturing method, and it is possible to distinguish the difference in the manufacturing method from the difference in the structure.

【0170】次に図2には、別の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜素子の構造である。なお図1と同じ符号が付け
られている層は、図1と同じ層を示している。
Next, FIG. 2 shows the structure of a spin-valve thin film element according to another embodiment. The layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same layers as those in FIG.

【0171】図1との違いは、素子中央領域Eでは前記
第2のフリー磁性層30が完全に除去され、非磁性中間
層29が露出している点である。
The difference from FIG. 1 is that in the element central region E, the second free magnetic layer 30 is completely removed and the nonmagnetic intermediate layer 29 is exposed.

【0172】なお前記非磁性中間層29の上面は一部除
去され、溝29aになっている。前記溝29aの幅でト
ラック幅Twが決められる。また前記溝29aの両側は
平坦部29b,29bとなっている。そして前記平坦部
29b上に第2のフリー磁性層30、第2の反強磁性層
31、保護層32及び電極層33が形成される。
The upper surface of the non-magnetic intermediate layer 29 is partially removed to form a groove 29a. The track width Tw is determined by the width of the groove 29a. Both sides of the groove 29a are flat portions 29b, 29b. Then, a second free magnetic layer 30, a second antiferromagnetic layer 31, a protective layer 32, and an electrode layer 33 are formed on the flat portion 29b.

【0173】このように第1のフリー磁性層28の上に
非磁性中間層29のみが存在する場合、この部分では、
前記非磁性中間層29はバックド層(back lay
er)として作用し、いわゆるスピンフィルター効果が
発生する。
When only the non-magnetic intermediate layer 29 exists on the first free magnetic layer 28 as described above, in this portion,
The non-magnetic intermediate layer 29 is a back layer.
er) and a so-called spin filter effect occurs.

【0174】前記非磁性中間層29がバックド層として
機能すると、磁気抵抗効果に寄与する+スピン(上向き
スピン:up spin)の電子における平均自由工程
(mean free path)が延びて、スピンフ
ィルター効果(spin filter effec
t)により、大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化
に対応できるものとなる。なお前記スピンフィルター効
果を適切に発生させるには、前記非磁性中間層29(バ
ックド層)をCuで形成することが好ましい。
When the nonmagnetic intermediate layer 29 functions as a backed layer, the mean free path of + spin (up spin) electrons contributing to the magnetoresistance effect is extended, and the spin filter effect ( spin filter effect
By t), a large rate of change in resistance is obtained, and it is possible to cope with high recording density. In order to appropriately generate the spin filter effect, it is preferable that the nonmagnetic intermediate layer 29 (backed layer) is formed of Cu.

【0175】この実施形態でも、第2の反強磁性層31
の先端部31aを厚い膜厚で形成することができ、前記
第2の反強磁性層31の先端部31aと第2のフリー磁
性層30間で大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。また前記フリー磁性層24は、両側端部D,Dで
は、3層で形成されたフェリ構造を保っているので、こ
の箇所では、適切に第2のフリー磁性層30と第1のフ
リー磁性層28の磁化状態が反平行とされた安定した状
態になり、したがって前記第1のフリー磁性層28の素
子中央領域Eにおける前記第1のフリー磁性層28も適
切に図示X方向(トラック幅方向)に単磁区化される。
従って高記録密度化においても狭トラック化を実現でき
るとともに、バルクハウゼンノイズの発生を抑制するこ
とができ、サイドリーディングの発生を抑制可能な磁気
検出素子を製造することが可能である。
Also in this embodiment, the second antiferromagnetic layer 31
Can be formed with a large film thickness, and a large exchange coupling magnetic field can be generated between the distal end 31a of the second antiferromagnetic layer 31 and the second free magnetic layer 30. In addition, since the free magnetic layer 24 has a ferri-structure formed of three layers at both end portions D, D, the second free magnetic layer 30 and the first free magnetic layer The magnetization state of the first free magnetic layer 28 in the element center region E of the first free magnetic layer 28 is also appropriately adjusted in the X direction (track width direction). Into a single magnetic domain.
Therefore, it is possible to manufacture a magnetic sensing element that can achieve a narrow track even at a high recording density, can suppress the occurrence of Barkhausen noise, and can suppress the occurrence of side reading.

【0176】また本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の少なくとも一方を、
以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ましい
組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は9原子
%以上で17原子%以下で、Niの組成比は0.5原子
%以上で10原子%以下で、残りの組成比はCoであ
る。
In the present invention, at least one of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 is
A composition formula that is preferably formed of a magnetic material having the following composition is represented by CoFeNi, wherein the composition ratio of Fe is 9 atom% or more and 17 atom% or less, and the composition ratio of Ni is 0.5 atom% or more and 10 atom% or more. At the atomic percent or less, the remaining composition ratio is Co.

【0177】これにより前記第1のフリー磁性層28と
第2のフリー磁性層30間で発生するRKKY相互作用
における交換結合磁界を強くすることができる。具体的
には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピン
フロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで
大きくすることができる。よって、第2の反強磁性層3
1の下に位置する第1のフリー磁性層28及び第2のフ
リー磁性層30の両側端部の磁化を適切に反平行状態に
ピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制するこ
とができる。
As a result, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m). Therefore, the second antiferromagnetic layer 3
The magnetizations at both end portions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 located below the pin 1 can be appropriately pinned in an antiparallel state, and the occurrence of side reading can be suppressed.

【0178】なお本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の双方を前記CoFe
Ni合金で形成することが好ましい。これにより、より
安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
In the present invention, both the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are formed by using the CoFe
Preferably, it is formed of a Ni alloy. Thereby, a high spin-flop magnetic field can be obtained more stably.

【0179】また上記した組成範囲内であると、フリー
磁性層24の磁歪を−3×10-6から3×10-6の範囲
内に収めることができ、また保磁力を790(A/m)
以下に小さくできる。
When the composition is within the above range, the magnetostriction of the free magnetic layer 24 can be kept within the range of -3 × 10 -6 to 3 × 10 -6 , and the coercive force is 790 (A / m 2). )
It can be reduced below.

【0180】さらに、前記フリー磁性層24の軟磁気特
性の向上、非磁性材料層23間でのNiの拡散による抵
抗変化量(ΔR)や抵抗変化率(ΔR/R)の低減の抑
制を適切に図ることが可能である。
Further, it is appropriate to improve the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 24 and suppress the reduction of the resistance change rate (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) due to the diffusion of Ni between the nonmagnetic material layers 23. It is possible to aim at.

【0181】なお図1及び図2において前記固定磁性層
22は、3層のフェリ構造で形成されていたが、これが
従来と同様に1層の磁性層のみで構成されていてもよ
い。また前記固定磁性層22のうち第2の固定磁性層2
7の前記非磁性材料層23と接触する側の面にCo膜を
形成することが好ましい。これによりCuより形成され
た非磁性材料層23との界面での金属元素の拡散を防止
でき、またΔMRを大きくすることができる。なお前記
Co膜は5Å程度で形成される。
In FIGS. 1 and 2, the fixed magnetic layer 22 is formed of a three-layer ferrimagnetic structure, but may be formed of only one magnetic layer as in the conventional case. The second pinned magnetic layer 2 of the pinned magnetic layer 22
It is preferable to form a Co film on the surface of No. 7 in contact with the nonmagnetic material layer 23. Thereby, diffusion of the metal element at the interface with the nonmagnetic material layer 23 formed of Cu can be prevented, and ΔMR can be increased. The Co film is formed at about 5 °.

【0182】図3は、本発明における第3実施形態のス
ピンバルブ型薄膜素子の構造である。なお図1と同じ符
号が付けられている層は、図1と同じ層を示している。
FIG. 3 shows the structure of a spin-valve thin film element according to a third embodiment of the present invention. The layers denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same layers as those in FIG.

【0183】図1との違いは、第2のフリー磁性層28
と非磁性材料層23との間に中間層41が設けられてい
る点である。前記中間層41はCoFe合金やCo合金
で形成されることが好ましい。特にCoFe合金で形成
されることが好ましい。
The difference from FIG. 1 is that the second free magnetic layer 28
An intermediate layer 41 is provided between the magnetic layer and the non-magnetic material layer 23. The intermediate layer 41 is preferably formed of a CoFe alloy or a Co alloy. In particular, it is preferably formed of a CoFe alloy.

【0184】前記中間層41が形成されたことで、前記
非磁性材料層23との界面での金属元素等の拡散防止、
及び、抵抗変化量(ΔR)、抵抗変化率(ΔR/R)の
向上を図ることができる。なお前記中間層41は5Å程
度で形成される。
The formation of the intermediate layer 41 prevents diffusion of metal elements and the like at the interface with the nonmagnetic material layer 23,
In addition, the resistance change amount (ΔR) and the resistance change rate (ΔR / R) can be improved. The intermediate layer 41 is formed at about 5 °.

【0185】図1や図2で説明したように、特に非磁性
材料層23と接する第1のフリー磁性層28を上記組成
比のCoFeNi合金で形成すれば、非磁性材料層23
との間における金属元素の拡散を適切に抑制できるか
ら、第1のフリー磁性層28と非磁性材料層23間にC
oFe合金あるいはCoからなる中間層41を形成する
必要性は、前記第1のフリー磁性層28をNiFe合金
などのCoを含まない磁性材料で形成する場合に比べて
少ない。
As described with reference to FIG. 1 and FIG. 2, if the first free magnetic layer 28 particularly in contact with the nonmagnetic material layer 23 is formed of a CoFeNi alloy having the above composition ratio, the nonmagnetic material layer 23
Between the first free magnetic layer 28 and the nonmagnetic material layer 23 because the diffusion of the metal element between
The need to form the intermediate layer 41 made of an oFe alloy or Co is less than when the first free magnetic layer 28 is made of a magnetic material that does not contain Co, such as a NiFe alloy.

【0186】しかし前記第1のフリー磁性層28をCo
FeNi合金で形成する場合でも、前記第1のフリー磁
性層28と非磁性材料層23との間にCoFe合金やC
oからなる中間層41を設けることが、第1のフリー磁
性層28と非磁性材料層23間での金属元素の拡散をよ
り確実に防止できる観点から好ましい。
However, the first free magnetic layer 28 is made of Co.
Even when the first free magnetic layer 28 and the non-magnetic material layer 23 are formed, a CoFe alloy or C
It is preferable to provide the intermediate layer 41 made of o from the viewpoint that the diffusion of the metal element between the first free magnetic layer 28 and the nonmagnetic material layer 23 can be more reliably prevented.

【0187】また前記第1のフリー磁性層28と非磁性
材料層23間に中間層41を設け、前記第1のフリー磁
性層28及び第2のフリー磁性層30の少なくとも一方
をCoFeNi合金で形成するとき、前記CoFeNi
合金のFeの組成比は7原子%以上で15原子%以下
で、Niの組成比は5原子%以上で15原子%以下で、
残りの組成比はCoであることが好ましい。
An intermediate layer 41 is provided between the first free magnetic layer 28 and the nonmagnetic material layer 23, and at least one of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 is formed of a CoFeNi alloy. When the above, the CoFeNi
The composition ratio of Fe in the alloy is 7 atom% or more and 15 atom% or less, and the composition ratio of Ni is 5 atom% or more and 15 atom% or less,
The remaining composition ratio is preferably Co.

【0188】これにより前記第1のフリー磁性層28と
第2のフリー磁性層30間で発生するRKKY相互作用
における交換結合磁界を強くすることができる。具体的
には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピン
フロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで
大きくすることができる。よって、第2の反強磁性層3
1の下に位置する第1のフリー磁性層28及び第2のフ
リー磁性層30の両側端部の磁化を適切に反平行状態に
ピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制するこ
とができる。
As a result, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m). Therefore, the second antiferromagnetic layer 3
The magnetizations at both end portions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 located below the pin 1 can be appropriately pinned in an antiparallel state, and the occurrence of side reading can be suppressed.

【0189】なお本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の双方を前記CoFe
Ni合金で形成することが好ましい。これにより、より
安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
In the present invention, both the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are made of the CoFe
Preferably, it is formed of a Ni alloy. Thereby, a high spin-flop magnetic field can be obtained more stably.

【0190】また上記した組成範囲内であると、フリー
磁性層24の磁歪を−3×10-6から3×10-6の範囲
内に収めることができ、また保磁力を790(A/m)
以下に小さくできる。さらに、前記フリー磁性層24の
軟磁気特性の向上を図ることができる。
When the composition is within the above range, the magnetostriction of the free magnetic layer 24 can be kept within the range of −3 × 10 −6 to 3 × 10 −6 , and the coercive force is 790 (A / m 2). )
It can be reduced below. Further, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 24 can be improved.

【0191】なお図3における実施形態は図2における
実施形態にも適用可能である。次に本発明における磁気
検出素子の製造方法について以下に図面を参照しながら
説明する。なお図4ないし図9は、すべて記録媒体との
対向面と平行な方向から切断した断面図である。
The embodiment shown in FIG. 3 can be applied to the embodiment shown in FIG. Next, a method for manufacturing a magnetic sensing element according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 4 to 9 are all sectional views cut from a direction parallel to the surface facing the recording medium.

【0192】図4では、Al23などから形成された絶
縁基板20上に第1の反強磁性層21をスパッタ成膜す
る。前記第1の反強磁性層21を、Pt、Pd、Ir、
Rh、Ru、Os、Au、Ag、Cr、Ni、Ne、A
r、Xe、Krのうちの少なくとも1種または2種以上
の元素と、Mnとを含む合金からなる反強磁性材料で形
成することが好ましい。
In FIG. 4, a first antiferromagnetic layer 21 is formed by sputtering on an insulating substrate 20 made of Al 2 O 3 or the like. The first antiferromagnetic layer 21 is made of Pt, Pd, Ir,
Rh, Ru, Os, Au, Ag, Cr, Ni, Ne, A
It is preferable to use an antiferromagnetic material made of an alloy containing Mn and at least one or more of r, Xe, and Kr.

【0193】さらに連続して、前記第1の反強磁性層2
1の上に固定磁性層22、非磁性材料層23、フリー磁
性層24及び第2の反強磁性層31を成膜する。
Further, continuously, the first antiferromagnetic layer 2
A fixed magnetic layer 22, a nonmagnetic material layer 23, a free magnetic layer 24, and a second antiferromagnetic layer 31 are formed on 1.

【0194】前記固定磁性層22を、第1の固定磁性層
25、非磁性中間層26、および第2の固定磁性層27
から構成されたフェリ状態で形成することが好ましい。
The pinned magnetic layer 22 is formed of a first pinned magnetic layer 25, a non-magnetic intermediate layer 26, and a second pinned magnetic layer 27.
Is preferably formed in a ferri-state composed of:

【0195】また本発明では、前記フリー磁性層24
を、第1のフリー磁性層28、非磁性中間層29及び第
2のフリー磁性層30の3層膜のフェリ構造で形成す
る。
In the present invention, the free magnetic layer 24
Is formed in a three-layered ferri structure of a first free magnetic layer 28, a non-magnetic intermediate layer 29, and a second free magnetic layer 30.

【0196】第1の固定磁性層25、第2の固定磁性層
27、第1のフリー磁性層28及び第2のフリー磁性層
30を、Co膜、NiFe合金、CoNiFe合金、C
oFe合金、CoNi合金などで形成することが好まし
い。また非磁性中間層26,29を、Ru、Rh、I
r、Cr、Re、Cuのうち1種あるいは2種以上の合
金で形成することが好ましい。
The first pinned magnetic layer 25, the second pinned magnetic layer 27, the first free magnetic layer 28, and the second free magnetic layer 30 are made of a Co film, a NiFe alloy, a CoNiFe alloy,
It is preferable to use an oFe alloy, a CoNi alloy, or the like. The nonmagnetic intermediate layers 26 and 29 are made of Ru, Rh, I
It is preferable to use one or more alloys of r, Cr, Re, and Cu.

【0197】なお本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の少なくとも一方をC
oFeNi合金で形成することが好ましい。このとき前
記CoFeNi合金のFeの組成比を9原子%以上で1
7原子%以下で、Niの組成比を0.5原子%以上で1
0原子%以下で、残りの組成比をCoとすることが好ま
しい。
In the present invention, at least one of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 is
Preferably, it is formed of an oFeNi alloy. At this time, when the composition ratio of Fe in the CoFeNi alloy is 9 at.
7 atomic% or less, Ni composition ratio is 0.5 atomic% or more and 1
It is preferable that the remaining composition ratio be Co at 0 atomic% or less.

【0198】また図3に示すように第1のフリー磁性層
28と非磁性材料層23間にCoあるいはCoFe合金
からなる中間層41を設けた場合、前記第1のフリー磁
性層28及び第2のフリー磁性層30の少なくとも一方
をCoFeNi合金で形成し、このとき前記CoFeN
i合金のFeの組成比を7原子%以上で15原子%以下
で、Niの組成比を5原子%以上で15原子%以下で、
残り組成比をCoとすることが好ましい。
When an intermediate layer 41 made of a Co or CoFe alloy is provided between the first free magnetic layer 28 and the nonmagnetic material layer 23 as shown in FIG. 3, the first free magnetic layer 28 and the second At least one of the free magnetic layers 30 is formed of a CoFeNi alloy,
The composition ratio of Fe in the i-alloy is 7 atomic% or more and 15 atomic% or less, and the Ni composition ratio is 5 atomic% or more and 15 atomic% or less,
It is preferable that the remaining composition ratio be Co.

【0199】これにより前記第1のフリー磁性層28と
第2のフリー磁性層30間で発生するRKKY相互作用
における交換結合磁界を強くすることができる。具体的
には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピン
フロップ磁界(Hsf)を約293(kA/m)にまで
大きくすることができる。よって、第2の反強磁性層3
1の下に位置する第1のフリー磁性層28及び第2のフ
リー磁性層30の両側端部の磁化を適切に反平行状態に
ピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制するこ
とができる。
As a result, the exchange coupling magnetic field in the RKKY interaction generated between the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 can be increased. Specifically, the magnetic field when the antiparallel state collapses, that is, the spin-flop magnetic field (Hsf) can be increased to about 293 (kA / m). Therefore, the second antiferromagnetic layer 3
The magnetizations at both end portions of the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 located below the pin 1 can be appropriately pinned in an antiparallel state, and the occurrence of side reading can be suppressed.

【0200】なお本発明では、前記第1のフリー磁性層
28及び第2のフリー磁性層30の双方を前記CoFe
Ni合金で形成することが好ましい。これにより、より
安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
In the present invention, both the first free magnetic layer 28 and the second free magnetic layer 30 are made of the CoFe
Preferably, it is formed of a Ni alloy. Thereby, a high spin-flop magnetic field can be obtained more stably.

【0201】また上記した組成範囲内であると、フリー
磁性層24の磁歪を−3×10-6から3×10-6の範囲
内に収めることができ、また保磁力を790(A/m)
以下に小さくできる。さらに、前記フリー磁性層24の
軟磁気特性の向上を図ることができる。
When the composition is within the above range, the magnetostriction of the free magnetic layer 24 can be kept within the range of -3 × 10 -6 to 3 × 10 -6 and the coercive force is 790 (A / m 2). )
It can be reduced below. Further, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 24 can be improved.

【0202】また第2の反強磁性層31を、Pt、P
d、Ir、Rh、Ru、Os、Au、Ag、Cr、N
i、Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種ま
たは2種以上の元素と、Mnとを含む合金からなる反強
磁性材料で形成することが好ましい。
The second antiferromagnetic layer 31 is made of Pt, P
d, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag, Cr, N
It is preferable to use an antiferromagnetic material made of an alloy containing Mn and at least one or more of i, Ne, Ar, Xe, and Kr.

【0203】図4に示すように、前記第2の反強磁性層
31の上にTaなどで形成された保護層32を形成す
る。
As shown in FIG. 4, a protective layer 32 made of Ta or the like is formed on the second antiferromagnetic layer 31.

【0204】本発明では、このように、第1の反強磁性
層21から第2の反強磁性層31まで連続して成膜す
る。したがって各層の表面を大気に触れさせることがな
く、前記各層の表面が大気に触れた場合のように、大気
に触れた表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリ
ーニングしてからその上の層を形成する必要がないた
め、容易に製造することができる。また、再現性が良好
な製造方法とすることができる。さらに、前記各層の表
面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングす
る必要がないため、再付着物によるコンタミや、表面の
結晶状態の乱れによる交換結合磁界の発生に対する悪影
響など、クリーニングすることに起因する不都合が生じ
ない優れた製造方法とすることができる。また本発明で
は連続成膜のため、クリーニング工程が無くても、前記
第1の反強磁性層21と第1の固定磁性層25間、およ
び第2の反強磁性層31と第2のフリー磁性層30間に
適切に交換結合磁界を発生させることができる。
According to the present invention, the first antiferromagnetic layer 21 to the second antiferromagnetic layer 31 are continuously formed. Therefore, the surface of each layer is not exposed to the air, and the surface exposed to the air is cleaned by ion milling or reverse sputtering before forming a layer thereon, as in the case where the surface of each layer is exposed to the air. Since there is no need, it can be easily manufactured. Further, a manufacturing method with good reproducibility can be obtained. Further, since it is not necessary to clean the surface of each layer by ion milling or reverse sputtering, there are disadvantages caused by cleaning such as contamination due to reattachment and adverse effects on generation of an exchange coupling magnetic field due to disorder of the crystal state of the surface. An excellent manufacturing method that does not cause generation can be obtained. Further, in the present invention, since the film is formed continuously, the first antiferromagnetic layer 21 and the first pinned magnetic layer 25, and the second antiferromagnetic layer 31 and the second free ferromagnetic layer 31 can be formed without a cleaning step. An exchange coupling magnetic field can be appropriately generated between the magnetic layers 30.

【0205】次に図5の工程において第1の熱処理工程
を行う。まずトラック幅Tw(図示X方向)と直交する
方向である第1の磁界(図示Y方向)を印加しつつ、第
1の熱処理温度で熱処理し、前記第1の反強磁性層21
および第2の反強磁性層31に交換結合磁界を発生させ
て、前記第1の固定磁性層25および前記第2のフリー
磁性層30の磁化を同一方向に固定すると共に、前記第
1の反強磁性層21の交換結合磁界を前記第2の反強磁
性層31の交換結合磁界よりも大とする。
Next, a first heat treatment step is performed in the step of FIG. First, heat treatment is performed at a first heat treatment temperature while applying a first magnetic field (Y direction in the drawing) perpendicular to the track width Tw (X direction in the drawing).
In addition, an exchange coupling magnetic field is generated in the second antiferromagnetic layer 31 to fix the magnetizations of the first fixed magnetic layer 25 and the second free magnetic layer 30 in the same direction. The exchange coupling magnetic field of the ferromagnetic layer 21 is larger than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer 31.

【0206】既に図12を用いて説明したように、前記
第1の熱処理温度を220℃以上で245℃以下である
ことが好ましい。
As already described with reference to FIG. 12, it is preferable that the first heat treatment temperature is not lower than 220 ° C. and not higher than 245 ° C.

【0207】これにより第1の反強磁性層21の交換結
合磁界を1.58×104(A/m)以上にでき、また
より好ましくは230℃以上とすれば4.74×104
(A/m)以上の高い交換結合磁界を得ることができ
る。
As a result, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer 21 can be increased to 1.58 × 10 4 (A / m) or more, and more preferably 4.74 × 10 4 when the temperature is 230 ° C. or more.
A high exchange coupling magnetic field of (A / m) or more can be obtained.

【0208】一方、第2の反強磁性層31の交換結合磁
界は、前記第1の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さ
くなる。
On the other hand, the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer 31 is smaller than the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer.

【0209】次に、第2の熱処理工程を行う。この工程
では第1の磁界と直交する方向の第2の磁界(トラック
幅方向)を印加しつつ、前記第1の熱処理温度よりも高
い第2の熱処理温度を施す。また前記第2の印加磁界の
大きさを、前記第1の熱処理工程時の第2の反強磁性層
31の交換結合磁界よりも大きく、且つ第1の熱処理工
程時の前記第1の反強磁性層21の交換結合磁界よりも
小さくする。
Next, a second heat treatment step is performed. In this step, a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature is applied while applying a second magnetic field (track width direction) perpendicular to the first magnetic field. Further, the magnitude of the second applied magnetic field is larger than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer 31 in the first heat treatment step, and the magnitude of the first anti-magnetic field in the first heat treatment step is increased. It is smaller than the exchange coupling magnetic field of the magnetic layer 21.

【0210】本発明では、第2の熱処理温度を250℃
以上で270℃以下に設定することが好ましい。
In the present invention, the second heat treatment temperature is set to 250 ° C.
The temperature is preferably set to 270 ° C. or lower.

【0211】これにより前記第2の反強磁性層31の交
換結合磁界を3.16×104(A/m)以上にでき、
先の第1の熱処理工程にて発生した交換結合磁界よりも
大きくできる。さらに前記フリー磁性層24はフェリ構
造であるから磁化状態を安定化でき、前記第2のフリー
磁性層30の磁化が前記交換結合磁界によりトラック幅
方向(図示X方向逆方向)に向けられると、RKKY相
互作用により前記第1のフリー磁性層28の磁化は反転
して図示X方向に揃えられる。
Thus, the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer 31 can be made 3.16 × 10 4 (A / m) or more.
The exchange coupling magnetic field generated in the first heat treatment step can be made larger. Further, since the free magnetic layer 24 has a ferrimagnetic structure, the magnetization state can be stabilized. When the magnetization of the second free magnetic layer 30 is directed in the track width direction (the opposite direction in the X direction in the drawing) by the exchange coupling magnetic field, Due to the RKKY interaction, the magnetization of the first free magnetic layer 28 is reversed and aligned in the X direction in the figure.

【0212】またこのとき、第2の印加磁界を先の第1
の熱処理工程時にて発生した第1の反強磁性層21の交
換結合磁界よりも小さくすることで、前記第1の反強磁
性層21に第2の印加磁界が印加されても、前記第1の
反強磁性層21の交換結合磁界が劣化することがなく、
前記固定磁性層22の磁化方向をハイト方向に固定した
ままにすることが可能になる。なお前記固定磁性層22
はフェリ構造であるので、磁化状態は安定化し、第1の
固定磁性層25と第2の固定磁性層27の磁化は反平行
状態になる。
At this time, the second applied magnetic field is applied to the first magnetic field.
When the second applied magnetic field is applied to the first antiferromagnetic layer 21 by making it smaller than the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer 21 generated during the heat treatment step, The exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer 21 does not deteriorate,
It is possible to keep the magnetization direction of the fixed magnetic layer 22 fixed in the height direction. The fixed magnetic layer 22
Has a ferrimagnetic structure, the magnetization state is stabilized, and the magnetizations of the first fixed magnetic layer 25 and the second fixed magnetic layer 27 are in an antiparallel state.

【0213】以上のように2回の熱処理工程の温度と印
加磁界の大きさ及び方向を適切に調整することで、前記
固定磁性層22の磁化方向とフリー磁性層24の磁化方
向が適切にしかも容易に交叉するように調整することが
可能である。
As described above, by appropriately adjusting the temperature of the two heat treatment steps and the magnitude and direction of the applied magnetic field, the magnetization directions of the fixed magnetic layer 22 and the free magnetic layer 24 can be appropriately adjusted. It can be adjusted to easily cross.

【0214】なお上記した第1の反強磁性層21及び第
2の反強磁性層31の交換結合磁界の大きさは、各層の
組成比に大きく左右されるため、前記第1の反強磁性層
21及び第2の反強磁性層31の成膜の際に組成比の調
整を行うことが好ましい。
The magnitude of the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31 is greatly affected by the composition ratio of each layer. It is preferable to adjust the composition ratio when forming the layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31.

【0215】組成比に関しては既に図13を用いて説明
した通りであり、前記第1の反強磁性層21をXmMn
100-m(但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、
Osのうちの少なくとも1種以上の元素)からなる合金
で形成したとき、組成比を示すmを、46原子%≦m≦
53.5原子%とすることが好ましい。またより好まし
い組成範囲は、mが48.5原子%以上で52.7原子
%以下である。
The composition ratio has already been described with reference to FIG. 13, and the first antiferromagnetic layer 21 is made of X m Mn.
100-m (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru,
When formed of an alloy composed of at least one element of Os), m indicating the composition ratio is 46 atomic% ≦ m ≦
Preferably, it is 53.5 atomic%. Further, a more preferable composition range is that m is 48.5 atomic% or more and 52.7 atomic% or less.

【0216】また前記第1の反強磁性層21をPtm
100-m-nn(但し、Zは、Pd、Ir、Rh、Ru、
Osのうちの少なくとも1種または2種以上の元素)で
形成したよき、組成比を示すm、nを、46原子%≦m
+n≦53.5原子%、0.2原子%≦n≦40原子%
とすることが好ましい。またより好ましいm+nの組成
範囲は、48.5原子%以上で52.7原子%以下であ
る。
The first antiferromagnetic layer 21 is made of Pt m M
n 100-mn Z n (where, Z is, Pd, Ir, Rh, Ru ,
At least one element or two or more elements of Os), the composition ratios m and n are set to 46 atomic% ≦ m
+ N ≦ 53.5 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%
It is preferable that A more preferred composition range of m + n is 48.5 at% or more and 52.7 at% or less.

【0217】また前記第1の反強磁性層21をPtq
100-q-jj(但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、
Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または
2種以上の元素)で形成したとき、組成比を示すq、j
を、46原子%≦q+j≦53.5原子%、0.2原子
%≦j≦10原子%とすることが好ましい。またより好
ましいq+jの組成範囲は、48.5原子%以上で5
2.7原子%以下である。
The first antiferromagnetic layer 21 is made of Pt qM
n 100-qj L j (where L is Au, Ag, Cr, Ni,
Ne, Ar, Xe, and Kr, at least one element or two or more elements), q, j indicating the composition ratio
Is preferably set to 46 at% ≦ q + j ≦ 53.5 at%, and 0.2 at% ≦ j ≦ 10 at%. A more preferable composition range of q + j is 58.5 at.
It is 2.7 atomic% or less.

【0218】また第2の反強磁性層31をXmMn100-m
(但し、Xは、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Osの
うちの少なくとも1種以上の元素)からなる合金で形成
したとき、組成比を示すmを、49原子%≦m≦55.
5原子%とすることが好ましい。またより好ましいm
は、49.5原子%以上で54.5原子%以下である。
[0218] Also the second antiferromagnetic layer 31 X m Mn 100-m
(Where X is an alloy composed of at least one element of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), m indicating a composition ratio is 49 atomic% ≦ m ≦ 55.
Preferably, it is 5 atomic%. Also more preferable m
Is 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less.

【0219】また前記第2の反強磁性層31をPtm
100-m-nn(但し、Zは、Pd、Ir、Rh、Ru、
Osのうちの少なくとも1種または2種以上の元素)で
形成したとき、組成比を示すm、nを、49原子%≦m
+n≦55.5原子%、0.2原子%≦n≦40原子%
とすることが好ましい。またm+nは49.5原子%以
上で54.5原子%以下であることがより好ましい。
[0219] Also the second antiferromagnetic layer 31 Pt m M
n 100-mn Z n (where, Z is, Pd, Ir, Rh, Ru ,
When at least one element or two or more elements of Os are formed, m and n indicating the composition ratio are set to 49 atomic% ≦ m
+ N ≦ 55.5 atomic%, 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%
It is preferable that Further, m + n is more preferably 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less.

【0220】また前記第2の反強磁性層31をPtq
100-q-jj(但し、Lは、Au、Ag、Cr、Ni、
Ne、Ar、Xe、Krのうちの少なくとも1種または
2種以上の元素)で形成したとき、組成比を示すq、j
は、49原子%≦q+j≦55.5原子%、0.2原子
%≦j≦10原子%とすることが好ましい。なおq+j
のより好ましい範囲は49.5原子%以上で54.5原
子%以下である。
The second antiferromagnetic layer 31 is made of Pt qM
n 100-qj L j (where L is Au, Ag, Cr, Ni,
Ne, Ar, Xe, and Kr, at least one element or two or more elements), q, j indicating the composition ratio
Is preferably 49 at% ≦ q + j ≦ 55.5 at%, and 0.2 at% ≦ j ≦ 10 at%. Note that q + j
Is more preferably 49.5 atomic% or more and 54.5 atomic% or less.

【0221】また本発明では、第1の反強磁性層21及
び第2の反強磁性層31の双方の組成を同じにしてもよ
い。かかる場合、以下の組成比を有することが好まし
い。
In the present invention, the composition of both the first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31 may be the same. In such a case, it is preferable to have the following composition ratio.

【0222】すなわち第1の反強磁性層21及び第2の
反強磁性層31を、XmMn100-m(但し、Xは、Pt、
Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも1種
以上の元素)からなる合金で形成するとき、前記第1の
反強磁性層21および第2の反強磁性層31の組成比を
示すmを、49原子%≦m≦53.5原子%とすること
が好ましい。なおより好ましい組成範囲はmは49.5
原子%以上で52.7原子%以下である。また上限は5
1.2原子%以下であることが最も好ましい。
[0222] That is the first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31, X m Mn 100-m ( where, X is, Pt,
When formed of an alloy made of at least one element of Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), the composition ratio of the first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31 is shown. It is preferable that m is 49 atomic% ≦ m ≦ 53.5 atomic%. In a still more preferred composition range, m is 49.5.
It is not less than 52.7 at% and not less than at%. The upper limit is 5
Most preferably, it is at most 1.2 atomic%.

【0223】また、第1の反強磁性層21および第2の
反強磁性層31を、PtmMn100-m -nn(但し、Z
は、Pd、Ir、Rh、Ru、Osのうちの少なくとも
1種または2種以上の元素)で形成したとき、組成比を
示すm、nを、49原子%≦m+n≦53.5原子%、
0.2原子%≦n≦40原子%とすることが好ましい。
なおより好ましい組成範囲はmは49.5原子%以上で
52.7原子%以下である。また上限は51.2原子%
以下であることが最も好ましい。
[0223] Also, the first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31, Pt m Mn 100-m -n Z n ( where, Z
Is composed of at least one element or two or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), the composition ratio m, n is set to 49 atomic% ≦ m + n ≦ 53.5 atomic%,
It is preferable that 0.2 atomic% ≦ n ≦ 40 atomic%.
In a still more preferred composition range, m is 49.5 atomic% or more and 52.7 atomic% or less. The upper limit is 51.2 atomic%.
It is most preferred that:

【0224】また第1の反強磁性層21および第2の反
強磁性層31を、PtqMn100-q-jj(但し、Lは、
Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのう
ちの少なくとも1種または2種以上の元素)で形成した
とき、組成比を示すq、jを、49原子%≦q+j≦5
3.5原子%、0.2原子%≦j≦10原子%とするこ
とが好ましい。なおより好ましい組成範囲はmは49.
5原子%以上で52.7原子%以下である。また上限は
51.2原子%以下であることが最も好ましい。
The first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31 are made of Pt q Mn 100-qj L j (where L is
When formed of Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr, at least one element or two or more elements), q and j indicating the composition ratio are 49 atomic% ≦ q + j ≦ 5.
It is preferable that 3.5 atomic% and 0.2 atomic% ≦ j ≦ 10 atomic%. Still more preferred composition range is m = 49.
At least 5 atomic% and at most 52.7 atomic%. Most preferably, the upper limit is 51.2 atomic% or less.

【0225】また前記第1の反強磁性層21の組成と、
第2の反強磁性層31の組成を異ならしめ、例えば第1
の反強磁性層21のMn濃度を第2の反強磁性層のMn
濃度よりも多くすることにより、第1の熱処理後の両者
の交換結合磁界の差をより顕著にでき、第2の熱処理後
にフリー磁性層24と固定磁性層22の磁化をより確実
に直交状態とすることが可能となる。またかかる場合、
交換結合磁界の差を顕著にできる組み合わせを多数選択
でき、設計の自由度が向上する。
The composition of the first antiferromagnetic layer 21 is as follows:
The composition of the second antiferromagnetic layer 31 is changed, for example,
The Mn concentration of the antiferromagnetic layer 21 of the second
By making the concentration higher than the concentration, the difference between the exchange coupling magnetic fields after the first heat treatment can be made more remarkable, and the magnetizations of the free magnetic layer 24 and the pinned magnetic layer 22 can be more reliably changed to the orthogonal state after the second heat treatment. It is possible to do. If it also takes,
A large number of combinations that can make the difference in exchange coupling magnetic field remarkable can be selected, and the degree of freedom in design is improved.

【0226】以上説明した組成範囲内であれば、第1の
熱処理を施したとき、第1の反強磁性層21の交換結合
磁界を大きくできると共に、前記第1の反強磁性層21
の交換結合磁界を第2の反強磁性層31の交換結合磁界
よりも大きくでき、さらに第2の熱処理を施したとき、
前記第2の反強磁性層31の交換結合磁界を先の交換結
合磁界よりも大きくすることができる。
Within the composition range described above, when the first heat treatment is performed, the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer 21 can be increased, and the first antiferromagnetic layer 21
Can be made larger than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer 31, and when the second heat treatment is performed,
The exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer 31 can be made larger than the exchange coupling magnetic field.

【0227】よって上記した固定磁性層22とフリー磁
性層24の磁化の直交化を適切に行うことが可能であ
る。
Accordingly, the magnetization of the fixed magnetic layer 22 and the free magnetic layer 24 can be appropriately orthogonalized.

【0228】次に本発明では、図6に示すように前記保
護層32の上にリフトオフ用のレジスト層40を形成す
る。前記レジスト層40の下面の幅寸法T1の変動は、
トラック幅Twの大きさを左右する。従って今後の高記
録密度化に伴い狭トラック化を実現するには、前記幅寸
法T1をできる限り小さく形成することが好ましい。
Next, in the present invention, a lift-off resist layer 40 is formed on the protective layer 32 as shown in FIG. The variation of the width dimension T1 of the lower surface of the resist layer 40 is as follows.
The size of the track width Tw is determined. Therefore, in order to realize a narrower track with a higher recording density in the future, it is preferable to form the width dimension T1 as small as possible.

【0229】前記レジスト層40にはトラック幅の左右
に切欠部40a,40aが設けられている。
The resist layer 40 has cutouts 40a, 40a on the left and right of the track width.

【0230】従って図6に示すように、電極層33を前
記レジスト層40の両側の保護層32上にスパッタ成膜
すると、前記電極層33の内側先端33aは、前記切欠
部40a下に形成される。また前記電極層33の内側先
端33aはシャドー効果によって、傾斜面あるいは曲面
状となる。
Therefore, as shown in FIG. 6, when the electrode layer 33 is formed by sputtering on the protective layer 32 on both sides of the resist layer 40, the inner tip 33a of the electrode layer 33 is formed below the notch 40a. You. The inner end 33a of the electrode layer 33 has an inclined surface or a curved surface due to a shadow effect.

【0231】また前記レジスト層40の上にも電極材料
層33bがスパッタ成膜される。そして前記レジスト層
40を除去する。
On the resist layer 40, an electrode material layer 33b is formed by sputtering. Then, the resist layer 40 is removed.

【0232】これによりスピンバルブ型薄膜素子は図7
に示す状態になる。次に図7に示す工程では、前記保護
層32上に幅寸法T1の間隔を有する一対の電極層3
3,33をマスクとして、RIE等の異方性エッチング
法により、前記幅寸法T1内に露出する保護層32、第
2の反強磁性層31及び第1のフリー磁性層30の一部
分までを除去する。それは点線で示されている。これに
より図1のスピンバルブ型薄膜素子が完成する。
As a result, the spin-valve type thin film element is formed as shown in FIG.
The state shown in is shown. Next, in a step shown in FIG. 7, a pair of electrode layers 3 having an interval of a width dimension T1 are formed on the protective layer 32.
Using the masks 3 and 33 as masks, the protective layer 32, the second antiferromagnetic layer 31, and a part of the first free magnetic layer 30 exposed in the width dimension T1 are removed by an anisotropic etching method such as RIE. I do. It is indicated by the dotted line. Thus, the spin-valve type thin-film element of FIG. 1 is completed.

【0233】また第1のフリー磁性層30を完全に除去
し、さらに非磁性中間層29の一部分までを前記のエッ
チングにて除去する。それは一点鎖点で示されている。
これにより図2のスピンバルブ型薄膜素子が完成する。
Further, the first free magnetic layer 30 is completely removed, and a part of the non-magnetic intermediate layer 29 is further removed by the above-mentioned etching. It is indicated by the dashed dot.
Thus, the spin-valve thin-film element of FIG. 2 is completed.

【0234】上記したように、本発明では、第1の反強
磁性層21から第2の反強磁性層31まで連続成膜し、
さらにリフトオフ用レジスト層40を利用して形成され
た一対の電極層33をマスクとして、前記電極層33間
の不必要な第2の反強磁性層31を除去することで、残
された前記第2の反強磁性層31の先端部31aには従
来のような先細りが無くなり、前記先端部31aとその
下に形成された第2のフリー磁性層30間に十分な交換
結合磁界が発生した状態が維持され、前記第1のフリー
磁性層28の単磁区化を適切に図ることが可能である。
As described above, in the present invention, a film is continuously formed from the first antiferromagnetic layer 21 to the second antiferromagnetic layer 31.
Further, by using the pair of electrode layers 33 formed using the lift-off resist layer 40 as a mask, unnecessary second antiferromagnetic layers 31 between the electrode layers 33 are removed, and the remaining second antiferromagnetic layer 31 is removed. The tip 31a of the second antiferromagnetic layer 31 does not taper as in the prior art, and a sufficient exchange coupling magnetic field is generated between the tip 31a and the second free magnetic layer 30 formed thereunder. Is maintained, and the first free magnetic layer 28 can be appropriately made into a single magnetic domain.

【0235】また図7に示すように前記電極層33の内
側先端面33aは傾斜面あるいは曲面となっていること
により、これに追従してその下に形成された第2の反強
磁性層31の内側先端面31bにも傾斜面が付きやす
い。しかし異方性エッチングで掘り込む手法であると、
この傾斜面を垂直(図示Z方向)に近い角度に形成で
き、前記第2の反強磁性層31の先端部31bが先細る
のを適切に回避できる。
As shown in FIG. 7, the inner tip surface 33a of the electrode layer 33 is inclined or curved, so that the second antiferromagnetic layer 31 formed thereunder follows the inclined surface. The inner front end surface 31b is also easily inclined. However, with the method of digging with anisotropic etching,
This inclined surface can be formed at an angle close to vertical (Z direction in the figure), and it is possible to appropriately prevent the tip portion 31b of the second antiferromagnetic layer 31 from tapering.

【0236】また上記の製造方法であれば、エッチング
により削られて形成された溝24aの幅に応じてトラッ
ク幅Twを正確に決めることができる。
According to the above-described manufacturing method, the track width Tw can be accurately determined according to the width of the groove 24a formed by etching.

【0237】また素子中央部に第2の反強磁性層31が
残ることなく、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁界に対
し第2のフリー磁性層30の磁気モーメントがスムーズ
に回転する感度の優れたスピンバルブ型薄膜素子を製造
することができる。
Further, the second anti-ferromagnetic layer 31 does not remain at the center of the element, and the magnetic moment of the second free magnetic layer 30 rotates smoothly against a weak leakage magnetic field from the magnetic recording medium. A spin-valve type thin film element can be manufactured.

【0238】また上記した製造方法であると、前記電極
層33は、前記第2の反強磁性層31の平坦化面31c
上のみに形成されることになる。
According to the manufacturing method described above, the electrode layer 33 is formed on the flattened surface 31 c of the second antiferromagnetic layer 31.
It will be formed only on top.

【0239】図8及び図9は別の本発明の製造方法を示
す一工程図であるが、図8では、第1の反強磁性層21
から保護層32までを積層した後、リフトオフ用のレジ
スト層40を用いて電極層33をスパッタ成膜してい
る。前記レジスト層40を除去した後、図9に示す工程
では、既に説明した2回の熱処理工程を施して第1の反
強磁性層21及び第2の反強磁性層31に交換結合磁界
を発生させ、固定磁性層22及びフリー磁性層24の磁
化を直交化させている。
FIG. 8 and FIG. 9 are process diagrams showing another manufacturing method of the present invention. In FIG.
After stacking the layers up to the protective layer 32, the electrode layer 33 is formed by sputtering using the lift-off resist layer 40. After the resist layer 40 is removed, in the step shown in FIG. 9, an exchange coupling magnetic field is generated in the first antiferromagnetic layer 21 and the second antiferromagnetic layer 31 by performing the two heat treatment steps described above. Thus, the magnetizations of the fixed magnetic layer 22 and the free magnetic layer 24 are made orthogonal.

【0240】その後、図7に示す前記電極層33をマス
クとしたエッチング工程を行う。この製造方法によって
も前記第2の反強磁性層31の先端部31aが先細るの
を防止することが可能である。
Thereafter, an etching step is performed using the electrode layer 33 shown in FIG. 7 as a mask. Also according to this manufacturing method, it is possible to prevent the tip portion 31a of the second antiferromagnetic layer 31 from tapering.

【0241】なお最後に本発明におけるスピンバルブ型
薄膜素子のセンス電流磁界の作用について説明する。
Finally, the action of the sense current magnetic field of the spin-valve thin film element according to the present invention will be described.

【0242】図1に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、非磁性材料層23の下側に第2の固定磁性層27が
形成されている。この場合にあっては、第1の固定磁性
層25及び第2の固定磁性層27のうち、磁気モーメン
トの大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁
界の方向を合わせる。
In the spin-valve thin-film magnetic element shown in FIG. 1, a second fixed magnetic layer 27 is formed below the nonmagnetic material layer 23. In this case, the direction of the sense current magnetic field is adjusted to the magnetization direction of the one of the first fixed magnetic layer 25 and the second fixed magnetic layer 27 having the larger magnetic moment.

【0243】例えば前記第2の固定磁性層27の単位面
積あたりの磁気モーメントは、第1の固定磁性層25の
単位面積あたりの磁気モーメントに比べて大きく、前記
第2の固定磁性層27の単位面積あたりの磁気モーメン
トは、図示Y方向と反対方向(図示左方向)に向いてい
るとする。かかる場合、前記第1の固定磁性層25の単
位面積あたりの磁気モーメントと第2の固定磁性層27
の単位面積あたりの磁気モーメントとを足し合わせた単
位面積あたりの合成磁気モーメントは、図示Y方向と反
対方向(図示左方向)に向いている。
For example, the magnetic moment per unit area of the second fixed magnetic layer 27 is larger than the magnetic moment per unit area of the first fixed magnetic layer 25, and the magnetic moment per unit area of the second fixed magnetic layer 27 is larger. It is assumed that the magnetic moment per area is oriented in a direction opposite to the illustrated Y direction (left direction in the figure). In such a case, the magnetic moment per unit area of the first pinned magnetic layer 25 and the second pinned magnetic layer 27
The combined magnetic moment per unit area obtained by adding the magnetic moment per unit area is directed in the direction opposite to the Y direction in the figure (left direction in the figure).

【0244】そして前記非磁性材料層23を中心にして
流れるセンス電流を図示右側から左側に流し、このとき
形成されるセンス電流磁界は、前記非磁性材料層23よ
りも下側において、図示Y方向とは逆方向(記録媒体と
の対向面側)に向くため、固定磁性層22の単位面積あ
たりの合成磁気モーメントの方向と、前記センス電流磁
界の方向とを一致させることができる。
Then, a sense current flowing from the nonmagnetic material layer 23 as a center flows from the right to the left in the figure, and the sense current magnetic field formed at this time is below the nonmagnetic material layer 23 in the Y direction in the figure. In this case, the direction of the combined magnetic moment per unit area of the fixed magnetic layer 22 and the direction of the sense current magnetic field can be matched.

【0245】これによって第1の固定磁性層25と第2
の固定磁性層27間に作用する交換結合磁界(RKKY
相互作用)が増幅され、前記第1の固定磁性層25の磁
化と第2の固定磁性層27の磁化の反平行状態をより熱
的に安定させることが可能になる。
Thus, the first pinned magnetic layer 25 and the second
Exchange coupling magnetic field (RKKY) acting between the fixed magnetic layers 27 of the
The interaction is amplified, and the antiparallel state of the magnetization of the first fixed magnetic layer 25 and the magnetization of the second fixed magnetic layer 27 can be more thermally stabilized.

【0246】特に、センス電流を1mA流すと、約2.
37×103(A/m)程度のセンス電流磁界が発生
し、また素子温度が約10℃程度上昇することが判って
いる。さらに、記録媒体の回転数は、10000rpm
程度まで速くなり、この回転数の上昇により、装置内温
度は、最高で約100℃まで上昇する。このため、例え
ば、センス電流を10mA流した場合、スピンバルブ型
薄膜磁気素子の素子温度は、約200℃程度まで上昇
し、さらにセンス電流磁界も2.37×104(A/
m)と大きくなる。
In particular, when a sense current of 1 mA flows, about 2.
It has been found that a sense current magnetic field of about 37 × 10 3 (A / m) is generated and the element temperature rises by about 10 ° C. Further, the number of rotations of the recording medium is 10,000 rpm
The temperature in the apparatus rises up to about 100 ° C. due to the increase in the number of revolutions. Therefore, for example, when a sense current of 10 mA flows, the element temperature of the spin-valve thin-film magnetic element rises to about 200 ° C., and the sense current magnetic field also becomes 2.37 × 10 4 (A /
m).

【0247】このような、非常に高い環境温度下で、し
かも、大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第1
の固定磁性層25の単位面積あたりの磁気モーメントと
第2の固定磁性層27の単位面積あたりの磁気モーメン
トとを足し合わせて求めることができる単位面積あたり
の合成磁気モーメントの方向と、センス電流磁界の方向
とが逆向きであると、第1の固定磁性層25の磁化と第
2の固定磁性層27の磁化との反平行状態が壊れ易くな
る。
In the case where the sensing current flows at a very high environmental temperature and a large sense current flows, the first
The direction of the combined magnetic moment per unit area, which can be determined by adding the magnetic moment per unit area of the fixed magnetic layer 25 and the magnetic moment per unit area of the second fixed magnetic layer 27, and the sense current magnetic field Is opposite, the antiparallel state between the magnetization of the first fixed magnetic layer 25 and the magnetization of the second fixed magnetic layer 27 is easily broken.

【0248】また、高い環境温度下でも耐え得るように
するには、センス電流磁界の方向の調節の他に、高いブ
ロッキング温度を有する反強磁性材料を第1の反強磁性
層21として使用する必要がある。そのため、本発明で
は、ブロッキング温度が高い上記の合金を使用してい
る。
In order to withstand high environmental temperatures, an antiferromagnetic material having a high blocking temperature is used as the first antiferromagnetic layer 21 in addition to adjusting the direction of the sense current magnetic field. There is a need. Therefore, in the present invention, the above alloy having a high blocking temperature is used.

【0249】以上のことから、高記録密度化に対応する
ためにセンス電流量を大きくして再生出力を大きくしよ
うとすると、それに従ってセンス電流磁界も大きくなる
が、本発明の実施の形態では、前記センス電流磁界が、
第1の固定磁性層と第2の固定磁性層の間に働く交換結
合磁界を増幅させる作用をもたらしているので、センス
電流磁界の増大により、第1の固定磁性層と第2の固定
磁性層の磁化状態は、より安定したものとなる。
From the above, if an attempt is made to increase the amount of sense current to increase the reproduction output in order to cope with the increase in recording density, the sense current magnetic field also increases accordingly. However, in the embodiment of the present invention, The sense current magnetic field is
Since the effect of amplifying the exchange coupling magnetic field acting between the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer is brought about, the first fixed magnetic layer and the second fixed magnetic layer are increased by increasing the sense current magnetic field. Becomes more stable.

【0250】なお前記固定磁性層が単層で形成されてい
るシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の場合であって
も、前述したセンス電流を流すことによって形成される
センス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一
致させることにより、前記固定磁性層の磁化を熱的に安
定化させることが可能である。
Even in the case of a single spin-valve thin film magnetic element in which the fixed magnetic layer is formed as a single layer, the direction of the sense current magnetic field formed by applying the above-described sense current and the fixed magnetic By matching the magnetization direction of the layer, the magnetization of the fixed magnetic layer can be thermally stabilized.

【0251】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置用の薄膜磁気ヘッドや磁気センサなどに
利用可能である。
The magnetic detecting element according to the present invention can be used for a thin-film magnetic head for a hard disk drive, a magnetic sensor, and the like.

【0252】[0252]

【発明の効果】以上、詳述したように本発明における磁
気検出素子の製造方法によれば、ボトム型のスピンバル
ブ型薄膜素子において、第1の反強磁性層から第2の反
強磁性層までを連続成膜することにより、基板と前記第
2の反強磁性層との間に形成される各層の表面を大気に
触れさせることがなく、前記各層の表面が大気に触れた
場合のように、大気に触れた表面をイオンミリングや逆
スパッタによりクリーニングしてからその上の層を形成
する必要がないため、容易に磁気検出素子を製造するこ
とができる。また、再現性が良好な製造方法とすること
ができる。さらに、前記各層の表面をイオンミリングや
逆スパッタによりクリーニングする必要がないため、再
付着物によるコンタミや、表面の結晶状態の乱れによる
交換結合磁界の発生に対する悪影響など、クリーニング
することに起因する不都合が生じない優れた製造方法と
することができる。
As described above in detail, according to the method of manufacturing the magnetic sensing element of the present invention, in the bottom type spin valve type thin film element, the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer Are continuously formed, so that the surface of each layer formed between the substrate and the second antiferromagnetic layer does not come into contact with the atmosphere. In addition, since it is not necessary to clean the surface exposed to the atmosphere by ion milling or reverse sputtering and then form a layer thereon, the magnetic sensing element can be easily manufactured. Further, a manufacturing method with good reproducibility can be obtained. Further, since it is not necessary to clean the surface of each layer by ion milling or reverse sputtering, there are disadvantages caused by cleaning such as contamination due to reattachment and adverse effects on generation of an exchange coupling magnetic field due to disorder of the crystal state of the surface. An excellent manufacturing method that does not cause generation can be obtained.

【0253】また本発明の製造方法によれば、前記第2
の反強磁性層上に形成された一対の電極層をマスクと
し、前記電極層間に露出した前記第2の反強磁性層及び
フェリ構造にされたフリー磁性層の第2のフリー磁性層
の一部までをエッチングで除去することで、残された前
記第2の反強磁性層の先端部が従来のように先細ること
を防止でき、前記先端部の膜厚を厚く形成できる。よっ
て前記第2のフリー磁性層と第2の反強磁性層との間で
大きな交換結合磁界を発生させることができる。
According to the manufacturing method of the present invention, the second
A pair of electrode layers formed on the anti-ferromagnetic layer of the first layer is used as a mask, and one of the second anti-ferromagnetic layer exposed between the electrode layers and the second free magnetic layer of the ferrimagnetic free magnetic layer By removing the portion up to the portion by etching, the tip of the remaining second antiferromagnetic layer can be prevented from tapering as in the related art, and the thickness of the tip can be increased. Therefore, a large exchange coupling magnetic field can be generated between the second free magnetic layer and the second antiferromagnetic layer.

【0254】それとともに本発明では、前記フリー磁性
層はフェリ構造であるため、実質的に磁気抵抗変化に寄
与する第1のフリー磁性層の磁化状態を安定化させるこ
とができ、前記第1のフリー磁性層を適切に単磁区化で
き、バルクハウゼンノイズの発生を適切に抑制できると
ともにサイドリーディングの発生を抑制可能な磁気検出
素子を製造できる。
In addition, according to the present invention, since the free magnetic layer has a ferrimagnetic structure, the magnetization state of the first free magnetic layer substantially contributing to a change in magnetoresistance can be stabilized, and It is possible to manufacture a magnetic sensing element capable of appropriately forming the free magnetic layer into a single magnetic domain, appropriately suppressing the occurrence of Barkhausen noise, and suppressing the occurrence of side reading.

【0255】また本発明では、第1の反強磁性層と接す
る固定磁性層の磁化方向、および第2の反強磁性層と接
するフリー磁性層の磁化方向を、熱処理の温度や印加磁
界の大きさ及び方向を適切に調整することで、容易にし
かも適切に交叉させることができ、安定した磁気抵抗効
果を得ることが可能な磁気検出素子を製造することがで
きる。
In the present invention, the magnetization direction of the pinned magnetic layer in contact with the first antiferromagnetic layer and the magnetization direction of the free magnetic layer in contact with the second antiferromagnetic layer are determined by the temperature of the heat treatment and the magnitude of the applied magnetic field. By appropriately adjusting the height and direction, it is possible to easily and properly crossover and to manufacture a magnetic sensing element capable of obtaining a stable magnetoresistance effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態である磁気検出素子
(スピンバルブ型薄膜磁気素子)を記録媒体との対向面
側から見た場合の構造を示す断面図、
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a magnetic sensing element (spin-valve thin-film magnetic element) according to a first embodiment of the present invention when viewed from a surface facing a recording medium;

【図2】本発明の別の実施形態であるスピンバルブ型薄
膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造
を示す断面図、
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a spin-valve thin-film magnetic element according to another embodiment of the present invention when viewed from a surface facing a recording medium;

【図3】本発明の別の実施形態であるスピンバルブ型薄
膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造
を示す断面図、
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a spin-valve thin-film magnetic element according to another embodiment of the present invention when viewed from a surface facing a recording medium;

【図4】本発明の磁気検出素子の製造方法を示す一工程
図、
FIG. 4 is a process diagram showing a method for manufacturing a magnetic sensing element of the present invention.

【図5】図4の次に行なわれる一工程図、FIG. 5 is a process drawing performed after FIG. 4;

【図6】図5の次に行なわれる一工程図、FIG. 6 is a process drawing performed after FIG. 5,

【図7】図6の次に行なわれる一工程図、7 is a process drawing performed after FIG. 6,

【図8】本発明における磁気検出素子の別の製造方法を
示す一工程図、
FIG. 8 is a process diagram showing another method for manufacturing a magnetic sensing element according to the present invention;

【図9】図8の次に行なわれる一工程図、9 is a process drawing performed after FIG. 8,

【図10】本発明における磁気検出素子を装備したスラ
イダを記録媒体との対向面側から見た斜視図、
FIG. 10 is a perspective view of a slider equipped with a magnetic sensing element according to the present invention, as viewed from a surface facing a recording medium;

【図11】図10に示す11−11線から切断した薄膜
磁気ヘッドの縦断面図、
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the thin-film magnetic head taken along line 11-11 shown in FIG. 10;

【図12】ボトム型スピンバルブ型薄膜素子とトップ型
スピンバルブ型薄膜素子における熱処理温度と交換結合
磁界との関係を示すグラフ、
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a heat treatment temperature and an exchange coupling magnetic field in a bottom type spin valve thin film element and a top type spin valve thin film element.

【図13】PtMn合金の交換結合磁界のPt濃度(原
子%)と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the Pt concentration (atomic%) of the exchange coupling magnetic field of the PtMn alloy and the exchange coupling magnetic field.

【図14】フリー磁性層を積層フェリ構造としたときの
前記フリー磁性層のヒステリシスループの概念図、
FIG. 14 is a conceptual diagram of a hysteresis loop of the free magnetic layer when the free magnetic layer has a laminated ferrimagnetic structure;

【図15】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側
から見た断面図、
FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional magnetic sensing element viewed from a surface facing a recording medium;

【図16】別の磁気検出素子の一工程を示す断面図、FIG. 16 is a cross-sectional view showing one step of another magnetic sensing element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 絶縁基板 21 第1の反強磁性層 22 固定磁性層 23 非磁性材料層 24 フリー磁性層 25 第1の固定磁性層 26、29 非磁性中間層 27 第2の固定磁性層 28 第1のフリー磁性層 30 第2のフリー磁性層 31 第2の反強磁性層 32 保護層 33 電極層 40 リフトオフ用レジスト層 Reference Signs List 20 insulating substrate 21 first antiferromagnetic layer 22 fixed magnetic layer 23 nonmagnetic material layer 24 free magnetic layer 25 first fixed magnetic layer 26, 29 nonmagnetic intermediate layer 27 second fixed magnetic layer 28 first free Magnetic layer 30 Second free magnetic layer 31 Second antiferromagnetic layer 32 Protective layer 33 Electrode layer 40 Lift-off resist layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 正路 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 (72)発明者 田中 健一 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 (72)発明者 井出 洋介 東京都大田区雪谷大塚1番7号 アルプス 電気株式会社社内 Fターム(参考) 5D034 BA03 CA05 5E049 AA04 AC05 BA16 DB11 GC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masaji Saito 1-7 Yukitani Otsuka, Ota-ku, Tokyo In-house Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kenichi Tanaka 1-7 Yukitani Otsuka, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. In-house (72) Inventor Yosuke Ide 1-7 Yukiya Otsuka, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. In-house F-term (reference) 5D034 BA03 CA05 5E049 AA04 AC05 BA16 DB11 GC06

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の工程を有することを特徴とする磁
気検出素子の製造方法。 (a)基板上に、第1の反強磁性層と固定磁性層と非磁
性材料層と、下から第1のフリー磁性層、非磁性中間層
及び第2のフリー磁性層の順に積層されたフリー磁性層
と、第2の反強磁性層とを順次積層して積層体を形成す
る工程と、(b)前記積層体にトラック幅方向と直交す
る方向である第1の磁界を印加しつつ、第1の熱処理温
度で熱処理し、前記第1の反強磁性層および第2の反強
磁性層に交換結合磁界を発生させて、前記固定磁性層お
よび前記フリー磁性層の磁化を前記直交する方向に固定
すると共に、前記第1の反強磁性層の交換結合磁界を前
記第2の反強磁性層の交換結合磁界よりも大とする工程
と、(c)トラック幅方向に前記(b)工程での第2の
反強磁性層の交換結合磁界よりも大きく、且つ前記第1
の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さい第2の磁界を
印加しつつ、前記第1の熱処理温度よりも高い第2の熱
処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性
層の磁化方向と交叉する方向の縦バイアス磁界を付与す
る工程と、(d)前記積層体上に、一定の間隔を空けて
一対の電極層を形成する工程と、(e)前記一対の電極
層間から露出する前記積層体を、前記第2のフリー磁性
層の途中まで除去する工程、
1. A method for manufacturing a magnetic sensing element, comprising the following steps. (A) On a substrate, a first antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer, a nonmagnetic material layer, a first free magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a second free magnetic layer are stacked in this order from below. Forming a laminate by sequentially laminating a free magnetic layer and a second antiferromagnetic layer; and (b) applying a first magnetic field to the laminate in a direction perpendicular to the track width direction. Heat treatment at a first heat treatment temperature to generate an exchange coupling magnetic field in the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer so that the magnetizations of the pinned magnetic layer and the free magnetic layer are orthogonal to each other. Fixing the exchange coupling magnetic field of the first antiferromagnetic layer larger than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer, and (c) in the track width direction. Greater than the exchange coupling magnetic field of the second antiferromagnetic layer in the step, and
Heat treatment at a second heat treatment temperature higher than the first heat treatment temperature while applying a second magnetic field smaller than the exchange coupling magnetic field of the antiferromagnetic layer of FIG. Applying a longitudinal bias magnetic field in a direction crossing the direction; (d) forming a pair of electrode layers at a predetermined interval on the laminate; and (e) exposing from the pair of electrode layers Removing the laminated body to the middle of the second free magnetic layer,
【請求項2】 前記(a)工程において、前記第2の反
強磁性層の上に前記(d)工程の一対の電極層を形成
し、前記(c)工程の次に前記(e)工程を行う請求項
1記載の磁気検出素子の製造方法。
2. In the step (a), a pair of electrode layers in the step (d) is formed on the second antiferromagnetic layer, and the step (c) is performed after the step (c). The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記一対の電極層をリフトオフ用レジス
ト層を用いて形成する請求項1または2に記載の磁気検
出素子の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the pair of electrode layers is formed using a lift-off resist layer.
【請求項4】 前記(e)工程において、前記積層体を
非磁性中間層の途中まで除去する請求項1ないし3のい
ずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
4. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein in the step (e), the laminated body is removed to a part of the non-magnetic intermediate layer.
【請求項5】 前記第1の反強磁性層および前記第2の
反強磁性層を、Pt、Pd、Rh、Ru、Ir、Os、
Au、Ag、Cr、Ni、Ne、Ar、Xe、Krのう
ちの少なくとも1種または2種以上の元素と、Mnとを
含む反強磁性材料で形成することを特徴とする請求項1
ないし4のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the first antiferromagnetic layer and the second antiferromagnetic layer are formed of Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os,
2. An antiferromagnetic material containing Mn and at least one or more of Au, Ag, Cr, Ni, Ne, Ar, Xe, and Kr.
5. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to any one of claims 4 to 4.
【請求項6】 前記第1のフリー磁性層及び第2のフリ
ー磁性層の少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性
材料で形成する請求項1ないし5のいずれかに記載の磁
気検出素子の製造方法。組成式がCoFeNiで示さ
れ、Feの組成比は9原子%以上で17原子%以下で、
Niの組成比は0.5原子%以上で10原子%以下で、
残りの組成比はCoである。
6. The method of manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein at least one of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is formed of a magnetic material having the following composition. Method. The composition formula is represented by CoFeNi, and the composition ratio of Fe is not less than 9 atomic% and not more than 17 atomic%.
The composition ratio of Ni is 0.5 atomic% or more and 10 atomic% or less,
The remaining composition ratio is Co.
【請求項7】 前記非磁性材料層と第1のフリー磁性層
間にCoFe合金あるいはCoからなる中間層を形成す
る請求項1ないし5のいずれかに記載の磁気検出素子の
製造方法。
7. The method according to claim 1, wherein an intermediate layer made of a CoFe alloy or Co is formed between the nonmagnetic material layer and the first free magnetic layer.
【請求項8】 前記第1のフリー磁性層及び第2のフリ
ー磁性層の少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性
材料で形成する請求項7記載の磁気検出素子の製造方
法。組成式がCoFeNiで示され、Feの組成比は7
原子%以上で15原子%以下で、Niの組成比は5原子
%以上で15原子%以下で、残りの組成比はCoであ
る。
8. The method according to claim 7, wherein at least one of the first free magnetic layer and the second free magnetic layer is formed of a magnetic material having the following composition. The composition formula is represented by CoFeNi, and the composition ratio of Fe is 7
The composition ratio of Ni is not less than 5 atomic% and not more than 15 atomic%, and the remaining composition ratio is Co.
【請求項9】 前記第1のフリー磁性層及び第2のフリ
ー磁性層の双方を前記CoFeNiで形成する請求項6
または8に記載の磁気検出素子の製造方法。
9. The structure according to claim 6, wherein both the first free magnetic layer and the second free magnetic layer are formed of the CoFeNi.
Or a method for manufacturing a magnetic sensing element according to item 8.
【請求項10】 前記第1の熱処理温度を、220℃以
上で245℃以下とする請求項1ないし9のいずれかに
記載の磁気検出素子の製造方法。
10. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein the first heat treatment temperature is set to 220 ° C. or higher and 245 ° C. or lower.
【請求項11】 前記第2の熱処理温度を、250℃以
上で270℃以下とする請求項1ないし10のいずれか
に記載の磁気検出素子の製造方法。
11. The method for manufacturing a magnetic sensing element according to claim 1, wherein the second heat treatment temperature is set to 250 ° C. or higher and 270 ° C. or lower.
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